[發明專利]一種復合吸附劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201410745687.1
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104475060A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 劉潔
• 申請（專利權）人: 成都信息工程學院
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 四川雅圖律師事務所 51225
• 代理人: 黃玲

技術領域

本發明屬于化工技術領域，具體涉及一種同時具有優異熱穩定性和胺有效利用率的胺改性CO₂、SO₂或H₂S復合吸附劑，本發明還涉及了該復合吸附劑的制備方法和應用。

背景技術

CO₂、SO₂、H₂S等酸性氣體不僅危害生物生長，而且對建筑物造成嚴重的破壞，形成了巨大的經濟損失。因此有效地控制大氣中的酸性氣體已經成為刻不容緩研究課題。尤其地，歐盟聯合研究中心和荷蘭環境評估機構的報告顯示，我國2012年間的CO₂排放量已高達91億噸，其中燃煤電廠排放的CO₂就占40％。因此燃煤電廠煙氣中CO₂(～60-150℃)的分離捕集是CCS(CO₂富集與存儲，CO₂capture?and?storage)工作的重中之重。積極開發CO₂捕集與存儲的技術方法不僅能在應對全球變暖、氣候異常等問題上充分體現出大國的作為和風范，對CO₂的后續資源化利用也具有重要的戰略意義。

胺改性多孔材料所得的新型功能化復合吸附劑克服了吸收法中吸收液損耗高、再生能耗大、腐蝕設備等缺點，工藝過程簡單，投資費用低，易于實現自動化操作，是一種頗有應用前景的分離捕集方法。申請號為201010586069.9的中國專利就提出了一種聚丙烯亞胺負載改性的多孔硅膠和硅基有序介孔材料等，并將其用于CO₂、SO₂等酸性氣體的吸附。

然而，高負載量的有機胺聚集在多孔材料的孔道結構中，甚至粘附在孔道端口和外表面，形成堵塞，增加了氣體分子向有機胺內部活性點位的空間擴散阻力，阻礙了二者的相互接觸，直接導致活性位無法被充分利用，胺有效利用率下降。因此，采取一定方式改善有機胺在孔道結構中的分散狀態是一個亟待解決的問題。

另外，有機胺在多次循環吸附/脫附過程中容易逸出甚至分解。隨著活性位的喪失，吸附容量也逐漸下降。如何進一步提高復合吸附材料的熱穩定性能也是目前研究的重點。

發明內容

本發明根據現有技術的不足公開了一種復合吸附劑及其制備方法與應用。本發明要解決的第一個問題是提供一種具有優異熱穩定性和胺有效利用率的胺改性CO₂、SO₂或H₂S復合吸附劑，本發明要解決的第二個問題是提供上述復合吸附劑的制備方法，本發明要解決的第三個問題是提供上述復合吸附劑的應用。

本發明通過以下技術方案實現：

本發明復合吸附劑由丙磺酸基團改性的多孔硅基載體材料和浸漬負載的有機多胺構成。

本發明將丙磺酸基團接枝在多孔載體材料表面，其端位磺酸根能固定有機多胺，提高了復合吸附劑的穩定性；而伸展的長碳鏈又從空間上促進有機多胺的分散，減少CO₂、SO₂或H₂S在其中的擴散阻力，與充分暴露的氨基基團相結合，提高復合材料的胺有效利用率。

本發明所述丙磺酸基團提供的有機硅源占所述載體材料總硅量的摩爾百分比為3～10％。

所述丙磺酸基團由前驅體(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷、巰丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一種提供；其結構式如下：

(1)疏丙基甲基二甲氧基硅烷

(2)(3-疏基丙基)三甲氧基硅烷

(3)γ-疏丙基三乙氧基硅烷

所述的有機多胺為四乙烯五胺、五乙烯六胺、多乙烯多胺、聚乙烯亞胺中的至少一種，有機多胺占復合吸附劑的質量百分比為20～50％。

所述的多孔載體材料為有序介孔二氧化硅材料MCM-41、MCM-48、MCM-50、SBA-15、SBA-16中的一種。

本發明采用的有序介孔二氧化硅硅比表面積大，孔容大，具有周期性的和完美拓撲學的孔道結構，展現出對負載胺極大的容納量，也有利于負載胺在孔道中的分散。所述的多孔載體材料為有序介孔二氧化硅材料MCM-41、MCM-48、MCM-50、SBA-15、SBA-16中的一種，其結構特征為孔徑：2～10nm，比表面積：500～1500m²/g。上述各材料為已知的市售材料或通過已知方法制備的載體材料。