[發明專利]納米結構化載體上改性胺的再生性吸附劑

有效

• 申請號: 201480074687.1
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN106660010B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: A·戈伊珀特;張杭;G·K·S·普拉卡施;G·A·奧拉
• 申請（專利權）人: 南加州大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳文平

本發明涉及用于從氣體混合物吸附二氧化碳的再生性固體吸附劑，所述吸附劑包括改性多胺和納米結構化固體載體。該改性多胺是胺與醛的反應產物。該吸附劑提供了結構完整性，以及對于從包括空氣的氣體混合物有效捕集二氧化碳的高選擇性和提高的能力。該吸附劑是再生性的，并且可以通過吸附?解吸循環的多次操作來使用。

發明領域

本發明涉及用于從氣體混合物(包括空氣)捕集和分離二氧化碳的再生性納米結構負載型(如熱解二氧化硅(fumed silica)、沉淀二氧化硅、熱解氧化鋁(fumed alumina)等固體)改性多胺吸收劑。

發明背景

氣候變化與全球變暖被認為是當今最迫切且最嚴重的環境問題之一。現在通常公認，全球變暖的主要原因是所謂的溫室氣體被釋放到大氣中。一種主要的溫室氣體是二氧化碳(CO₂)，其主要由化石燃料如煤、石油和天然氣的燃燒釋放。這些化石燃料總計供應了世界約80％的能源需求。由于化石燃料仍然相對廉價且容易使用，并且由于尚未有可用于在所需的龐大規模上替代它們的令人滿意的替代物，預期化石燃料在可預見的未來仍然是我們的主要能源來源。

一種減少CO₂排放以及它們對于全球氣候的影響的方式是高效且經濟地從其源頭(如來自燃燒化石燃料的發電廠和其他工業工廠的排放、伴隨天然氣的天然存在的CO₂和空氣)捕集CO₂、以及隔離或將CO₂轉化成可再生燃料。

在各式各樣的CO₂收集或分離技術中，基于胺溶液的CO₂吸收/解吸系統是最適合于從高體積氣體流捕集CO₂的技術之一。這種系統中常用的溶劑是烷醇胺如單乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二異丙醇胺(DIPA)和甲基二乙醇胺(MEDA)的水性溶液。某些空間位阻胺，如2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)，也可因其高CO₂負載能力而用作吸收劑。在這些中，MEA因其高CO₂吸收速率(這允許使用較短的吸收柱)而最廣泛地使用。然而，MEA系統呈現主要的缺點，包括使溶劑再生需要的大量熱以及由腐蝕和化學降解所造成的操作問題。為了防止過度的腐蝕，水性胺溶液中通常僅使用10至30重量％的MEA，其余為水。因為整個溶液(其中70至90％是水)需要加熱來使MEA系統再生，再生過程中浪費了大量的能量。其他烷醇胺系統也呈現出不利之處。例如，受阻的仲胺(例如，DEA、DIPA、AMP)提供了比MEA更低的CO₂吸收速率，并且也易于發生腐蝕和化學降解。已知MDEA僅以慢速率吸收CO₂。通過共混幾種烷醇胺而形成的制劑是令人感興趣的，因為它們可以結合各種化合物的有利特性，同時部分地抑制它們的不利特性。已經開發了多種共混烷醇胺溶液，最常見的共混物是含有MEA或DEA的基于MDEA的溶液。然而，共混烷醇胺溶液并未消除基于胺溶液的系統的缺點。

CO₂也可以通過吸附到固體吸附劑(sorbent)上而被捕集。固體通常用作分離CO₂的物理吸附劑。這種過程是基于多孔固體可逆吸附混合物中的某些組分的能力。固體可以具有大的孔徑分布，如在硅膠、氧化鋁和活性碳中，或者具有通過晶體結構控制的孔徑，如沸石。在低溫如室溫下，基于沸石的吸附劑具有高CO₂吸收能力(例如，25℃下在純CO₂中，對于沸石13X為160mg CO₂/g；和對于沸石4A為135mg CO₂/g)。然而，這些吸附劑的吸附能力隨著溫度上升和在水或水汽的存在下快速下降。而且，由于氣體僅僅物理吸附在吸附劑上，單種氣體從氣體混合物的實際分離是低的。