[發(fā)明專利]一種籠形二氧化碳吸附材料及其制備方法與應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310040086.6
• 申請(qǐng)日: 2013-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN103120931A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王維龍;丁靜;魏小蘭;肖靜;彭強(qiáng);楊建平;陸建峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué);華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/22
• 分類號(hào): B01J20/22;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二氧化碳捕集與儲(chǔ)存領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化碳吸附介質(zhì)，特別涉及一種價(jià)格便宜、高選擇性、大吸附量的二氧化碳籠形吸附介質(zhì)的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，“溫室效應(yīng)”引起的氣候變化己經(jīng)成為全球關(guān)注的環(huán)境問題之一。人類活動(dòng)產(chǎn)生的大量溫室氣體排放是造成氣候變暖的主要原因，其中二氧化碳是主要的溫室氣體之一。工業(yè)革命以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全世界總排放量也迅速增加，導(dǎo)致氣候變暖效應(yīng)越來越顯著，減少溫室氣體的排放對(duì)于控制全球溫度增長，防止極端氣候發(fā)生具有重要意義。從京都議定書的簽訂到德班會(huì)議的召開，發(fā)達(dá)國家對(duì)溫室氣體排放量的削減做出了明確規(guī)定，包括我國在內(nèi)的發(fā)展中國家也相應(yīng)的制定了削減溫室氣體排放的自我約束目標(biāo)。

隨著我國經(jīng)濟(jì)增長速度不斷加快，以及工業(yè)化水平的顯著提高，帶來了巨大的能源消耗，隨著而來引發(fā)了一系列環(huán)境問題。面對(duì)巨大的減排壓力，2011年12月，國務(wù)院出臺(tái)了《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》，明確指出“控制溫室氣體排放是我國積極應(yīng)對(duì)全球氣候變化的重要任務(wù)，對(duì)于加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、推進(jìn)新的產(chǎn)業(yè)革命具有重要意義，并明確了到2015年實(shí)現(xiàn)全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2010年下降17%的目標(biāo)”。因此，以二氧化碳為代表的溫室氣體的排放控制與處置利用技術(shù)，是我國今后“十二五期間”一個(gè)重要的發(fā)展方向。

二氧化碳等溫室氣體的排放主要來源于傳統(tǒng)能源的燃燒過程,而煙道氣是工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要排放形式，對(duì)工業(yè)過程中煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集和分離是實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)的一個(gè)重要途徑。因此，對(duì)煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集和分離，已經(jīng)成為各國環(huán)境治理的一個(gè)重要研究課題。

目前，煙道氣中的二氧化碳脫除技術(shù)主要有溶劑吸收法和吸附法等。其中液態(tài)胺溶液吸收，是工業(yè)生產(chǎn)中脫除二氧化碳的常見方法，常用的有一乙醇胺、二乙醇胺等醇胺溶液等液胺吸收劑。經(jīng)過不斷發(fā)展，液態(tài)胺吸收技術(shù)比較成熟，吸收效果較好，但是卻存在設(shè)備容易腐蝕、吸收劑再生能耗大和容易被氧化降解等難以解決的問題。相比較而言，吸附法是一種極具前景的新型分離技術(shù)。IPCC在《關(guān)于二氧化碳捕獲和封存的特表報(bào)告》中指出“采用吸附技術(shù)的全工業(yè)化工藝設(shè)計(jì)是可行的”。目前，采用新型的多孔固體吸附劑對(duì)二氧化碳進(jìn)行分離和捕集己經(jīng)成為國內(nèi)外一個(gè)熱門的研究方向。

美國賓州州立大學(xué)能源所Song?Chunshan教授課題組，在2001年制備出一種新型復(fù)合吸附材料，并形象的提出了“分子籃”概念。該復(fù)合材料是將有機(jī)胺材料負(fù)載在分子篩多孔介質(zhì)的孔道內(nèi)部。其1克吸附材料最大可吸附133毫克二氧化碳。此后，該材料經(jīng)過了一系列發(fā)展，采用了多種多孔介質(zhì)作為其復(fù)合材料的載體。其中分子篩因?yàn)榫哂休^大的孔徑和比表面積，引起了研究者廣泛的關(guān)注，如SBA-15，SBA-16，KIT-6，MCM-41等。雖然該固體復(fù)合吸附材料具有良好的吸附性能，但是目前大部分此類材料所用的基體材料分子篩，其制備過程復(fù)雜，且材料成本較高，以及制備過程帶來的環(huán)境污染等問題。這些問題都制約著胺基功能化固體吸附材料的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

因此，有必要開發(fā)一種低成本、高選擇性、二氧化碳吸附能力良好的固體吸附材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種新型籠形二氧化碳吸附材料的制備方法，該方法是使用低成本的蒙脫石作為籠形吸附材料的基體材料，經(jīng)過酸化改性形成多孔孔道，在其孔道內(nèi)部負(fù)載有機(jī)胺聚合物；該法成本低，制備工藝簡(jiǎn)單。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制備得到的籠形二氧化碳吸附材料。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述籠形二氧化碳吸附材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種籠形二氧化碳吸附材料的制備方法，包括以下操作步驟：

（1）蒙脫石酸化改性：將10～20g蒙脫石加入100mL硫酸溶液中，置于帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到90～110℃，然后攪拌4個(gè)小時(shí)；將所得混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾；重復(fù)洗滌和過濾，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100℃，烘干12小時(shí)，得到酸化改性的蒙脫石；

（2）籠形二氧化碳吸附材料的制備：將0.3～4.5g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25℃攪拌2小時(shí)后，加入3g步驟（1）所得酸化改性的蒙脫石，繼續(xù)攪拌6小時(shí)后，在40℃的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇；最后將所得樣品在60℃下干燥6小時(shí)，冷卻后得到的樣品即為籠形二氧化碳吸附材料。