[發明專利]一種氣體吸附材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210155234.4
• 申請日: 2012-05-17
• 公開（公告）號: CN103418356A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 孫琦;王曉光;王寶冬;苗強
• 申請（專利權）人: 北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: B01J20/28
• 分類號: B01J20/28;B01J20/26;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 彭飛;林柏楠

技術領域

本發明涉及一種氣體吸附材料及其制備方法，更具體地說，涉及一種包括具有多孔表面的固體載體、樹狀大分子胺源、和小分子胺源的氣體吸附材料及其制備方法。

背景技術

隨著在工業、生活領域中廣泛使用石油、天然氣、煤等燃料，這些燃料在燃燒過程中產生的廢氣排放問題作為全球規模的環境問題長期受到關注。上述廢氣中含有大量二氧化碳，而地球溫室化的一個主要原因是由于大氣中二氧化碳濃度增加。又如，許多工業上排放的廢氣中還可能包含硫氧化物、氮氧化物、硫化氫等其它有毒氣體,若直接排放到大氣中將對環境造成嚴重污染，危害極大。由于今后對上述燃料的需求仍然可觀，因此怎樣處理產生的廢氣或混合氣中的二氧化碳或其它有毒氣體將是一個嚴峻的問題。

實際上，廢氣或混合氣中的某些氣體在一些工業過程中是需要供給的原材料，例如二氧化碳被分離提純后可作為產品回收利用。在碳捕獲及儲存（CCS）和提高原油采收（EOR）領域中二氧化碳是必不可少的原材料，為了獲得高濃度二氧化碳或降低購買二氧化碳的成本，從混合氣或廢氣中便利地分離和回收二氧化碳是解決上述問題的一個重要途徑。

在過去幾十年中，從燃燒廢氣或混合氣中分離和回收一些特定氣體一直是人們研究的課題，其中很多研究是從怎樣分離廢氣中二氧化碳開始的，這些研究早期針對的是所謂的二氧化碳“濕”分離和回收方法，即用能選擇性吸附二氧化碳的合適溶液或溶劑洗滌混合氣或廢氣，并通過加熱吸附溶液或溶劑來回收所吸附的二氧化碳，常用醇胺類溶液作為這樣的液態吸附劑，例如乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、甲基二乙醇胺（MDEA）。但是，此方法遇到的問題是洗滌溶液對設備的腐蝕性較強，而且易發生氧化現象。另外，因廢氣或混合氣中通常還包含硫和氮氧化物（SO_X和NO_X），它們與洗滌溶液中的某些組分反應，會產生穩定的鹽和難以清除和處理的其它有害化合物，因此，需要經常替換洗滌溶液。

因此，近年來國內外研究主要集中在固體吸附材料上，例如沸石、活性炭、分子篩，其操作方法較為簡單，成本低廉，并且對設備無腐蝕性。然而，這些固體吸附材料通常存在因其它氣體的干擾而選擇性差，對特定氣體的吸附量較少，隨溫度升高而吸附量明顯降低等缺點。相對地，固態胺通過化學作用可高選擇性地吸附二氧化碳，其它氣體和水對其影響較小，而它與液態胺溶液相比，因具有較高的氨基密度，從而提高了吸附效率。重要的是，這些載有胺官能團的固體吸附材料本身為多孔吸附材料，當所述吸附材料與需要吸附的氣體接觸時，通過物理吸附與化學吸附的協同作用，大大提高了其吸附效率。

US2010/0263534?A1公開了一種胺吸附劑及其制備和使用方法，該發明中的吸附劑用于選擇性吸附二氧化碳和/或硫化合物，該吸附劑包括多孔固體材料以及鏈烷或芳族的胺源，其中，使固體材料與胺源接觸，將胺源加載在固體材料表面上。另外，當固體材料表面上的胺官能團與二氧化碳或硫化合物接觸時，二氧化碳或硫化合物與胺官能團結合，減小了胺源的胺官能團與固體材料表面相互作用的可能性，并增加了可用于捕獲二氧化碳或硫化合物的胺部位。因此，在該發明制備方法的一個實施方案中，將固體材料與二氧化碳和胺源同時接觸，達到減小胺源的胺官能團與固體材料表面相互作用的目的。雖然該發明中公開的固體胺吸附劑提供了一種可以提高二氧化碳或硫化合物吸附率的方法，但仍然需要提高吸附劑中胺官能團數量以及增強吸附材料的吸附效率，以優化吸附材料性能。

為進一步提高固體吸附材料的吸附選擇性和吸附容量，選擇新的接枝功能分子，制備具有高密度活性氨基基團的復合材料，研究者們又在功能性材料方面做了一些研究。1985年，D.A.Tomalia等人第一次成功合成了樹狀大分子（Dendrimer），該樹狀大分子具有穩定、高度幾何對稱、官能團量大、分子內空腔及分子鏈增長可控等諸多優點。例如US5,560，929公開了一種作為吸附劑、凝膠和金屬離子載體使用的結構化共聚物及其制備方法，該發明中的結構化共聚物有一個結合或螯合了至少一種單體單元的高度支化的內部結構和一個由形成疏水性外殼的單體單元構成的外部結構。其中，該發明中公開了以胺結尾的聚酰胺-胺（PAMAM）型樹狀大分子和聚丙烯亞胺(PPI)型樹狀大分子以及制備方法。