[發明專利]一種可再生低濃度CO2高效吸附材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410333437.7
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104117343A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 馮堅;岳晨午;姜勇剛;馮軍宗;陳旭
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術領域

本發明涉及一種CO₂吸附材料的制備方法，尤其涉及一種可再生低濃度CO₂高效吸附材料的制備方法。

技術背景

二氧化碳(CO₂)是自然界大氣的組成成分之一，在大氣中的含量很低(約為0.03％)，不會對人類活動產生影響。但在潛艇、空間站、載人深潛器、地下國防工事等密閉空間內，由于人員呼吸(在平靜情況下，成人每小時呼出20-25LCO₂)等原因CO₂濃度不斷升高。研究發現，當CO₂濃度大于1％(分壓約1KPa)時，人員就會出現頭昏腦脹、思維遲鈍等CO₂中毒癥狀。因此必須清除多余的CO₂以保證人員健康。

固態胺傳統上是指一種高孔隙率的弱堿性陰離子交換樹脂，是在一定分子量、一定交聯度的苯乙烯-二乙烯苯共聚物中成孔，然后引進胺基形成的固態共聚物。現在各種以較大比表面積固體為基體，通過搭接、改性、浸漬等方法引進胺基而得到的吸附材料統稱為固態胺。固態胺具有豐富的胺基，可以與CO₂發生化學反應實現對CO₂的選擇性吸附，在降壓或加熱的條件下，又可以使反應反方向進行，實現對CO₂的脫附，具有選擇性好、能耗低、易再生等特點，是CO₂吸附材料研究的重點和熱點之一。

目前，固態胺的制備方法主要有嫁接和浸漬兩種。其中，浸漬法主要通過物理浸漬的方法引入胺基，這一方法得到的固態胺可引入的胺基總量更大，吸附量更高，但胺基與基體之間沒有化學鍵的連接，穩定性較差；而嫁接法主要通過化學反應在基體上引入胺基，這一方法得到的固態胺胺基主要通過化學鍵與基體相連，熱穩定性較高，同時其胺基高度分散在載體表面，易與CO₂作用，吸附速率及單位胺基吸附量都高于浸漬法，但嫁接法引入的胺基總量有限，吸附量較低。

申請號為[201010102582.6]的中國專利公布了一種吸附法除去氣體中CO₂的方法，該方法以溶脹的樹脂進行胺化制備胺基樹脂，并對胺基樹脂進行活化，以活化的胺基樹脂為吸附劑去除CO₂。但是其吸附量較低，且CO₂壓力較高，在CO₂分壓為6％時，吸附量為1.45mmol/g(63.7mg/g)，至于更低壓力下的CO₂吸附量文獻中并未給出。

申請號為[201010118752.X]的中國專利公布了一種吸附CO₂用多孔炭復合材料及其制備方法和應用，該方法采用浸漬法制備吸附材料，首先制得多孔炭，然后浸漬聚乙烯亞胺制備多孔炭復合材料。制備的材料在50℃～110℃對純CO₂的吸附量可達3.64mmol/g(160mg/g)以上，但是其CO₂壓力很高且吸附溫度較高，不適于密閉空間的環境(CO₂壓力不超過1KPa，溫度為常溫)，并且文獻中并未給出其循環吸脫附性能。

申請號為[200510012772.8]的中國專利公布了一種高效吸附CO₂的有機胺-介孔復合材料，該方法以介孔材料的合成原粉直接浸漬有機胺，利用模板劑膠束分散有機胺合成復合材料。該材料對在75℃下對5％的CO₂吸附量可達3.23mmol/g(142mg/g)，但是其吸附溫度和壓力均較高，并且經7次循環吸脫附后吸附量下降了約4.23％。

文獻[K.M.Alnaief,I.Smirnova.Amino?functionalised?Silica-Aerogels?for?CO₂-adsorption?at?lowpartial?pressure.Adsorption,2012,18:163-171]采用共縮聚和后改性兩種不同嫁接方法制備了CO₂吸附材料，并進行了對比，發現后改性制備的材料氮含量更高(最高可達5.2wt％)CO₂吸附量也更高大(在22℃下對0.25％的CO₂吸附量為0.523mmol/g)，而共縮聚制備的材料在相同條件下的吸附量不超過0.1mmol/g。但是后改性方法需要經過長時間的改性溶液置換過程，制備周期長，且難以保證材料的均勻性。