[發明專利]一種二氧化碳吸附材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710239197.8
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN108686616B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 王強;黃亮;鄭倩雯
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: B01J20/04
• 分類號: B01J20/04;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 北京迎碩知識產權代理事務所(普通合伙) 11512
• 代理人: 呂良;張群峰

本發明公開了一種二氧化碳吸附材料及其制備方法。該二氧化碳吸附材料通過高溫煅燒含硼和鈣的混合物得到，其包括主吸附材料CaO和助吸附材料Ca₃B₂O₆，該主吸附材料為載體，該助吸附材料分散負載在該載體表面。該二氧化碳吸附材料在較寬的高溫區間400～950℃都具有吸附性能，相比未負載的普通商業氧化鈣，大大提升了氧化鈣的二氧化碳吸附性能。該二氧化碳吸附材料制備方法簡單、價格低廉，在高溫二氧化碳捕集領域有很好的潛在應用前景。

本申請要求于2017年04月10日提交中國專利局、申請號為201710231141.8，發明名稱為“一種二氧化碳吸附材料及其制備方法”的中國專利申請的優先權，其全部內容通過引用結合在本申請中。

技術領域

本發明涉及環境節能減排領域及甲烷蒸汽重整產氫領域，具體涉及一種氧化鈣基二氧化碳吸附材料及其制備方法。

背景技術

眾所周知，全球性氣候變暖帶來了一系列的環境問題，如海平面上升，極端天氣等。其主要原因是二氧化碳等溫室氣體過量排放所產生的溫室效應。其中化石燃料的燃燒是二氧化碳的主要排放源，約占人為排放總量的1/3，所以，對工業源二氧化碳的捕獲及儲存是控制“溫室效應”的重要手段。

甲烷蒸汽重整是一種產氫技術，通過反應將甲烷、水蒸氣轉化成二氧化碳及清潔能源氫氣。若在反應過程中將二氧化碳捕獲，一方面可以得到純凈的氫氣，另一方面使得平衡向右移動以提高氫氣產率，這種預燃技術被稱為吸附增強型甲烷蒸汽重整反應。對于吸附增強型甲烷蒸汽重整反應，二氧化碳的捕獲是其關鍵因素之一。

二氧化碳捕獲的具體方法有溶液吸收、固體材料吸附和膜技術等。溶液的吸收受溫度制約，而膜普遍成本較高，所以固體材料吸附表現出巨大的優勢。

固體吸附材料根據吸附溫度的不同可分為低溫吸附材料、中溫吸附材料和高溫吸附材料。低溫吸附材料主要有分子篩(zeolites)、活性炭(active carbon)、金屬有機框架材料(MOFs)等。這類多孔材料一般為物理吸附，吸附溫度較低，隨著溫度的升高其吸附效果降低明顯，所以適用的區間較窄并且吸附的選擇性也較差。而一般煙道尾氣溫度相對較高(100℃以上)，其二氧化碳含量較低(小于15％)，這些都為工藝增加了技術難題。中溫吸附溫度介于200-400℃，吸附材料一般為傳統的MgAl類水滑石衍生吸附材料。高溫吸附溫度介于400-750℃，吸附材料一般為CaO、堿金屬鋯酸鹽、堿金屬硅酸鹽等。對于吸附增強型甲烷蒸汽重整，反應溫度高于600℃，其優選的吸附材料應具有良好的高溫吸附性能。而高溫吸附材料中，氧化鈣具有低成本、高吸附活性等優點，非常適合于吸附增強型甲烷蒸汽重整。

氧化鈣是一種堿金屬氧化物。易與二氧化碳發生反應，生成CaCO₃，完全吸附量可達17.86mmol g^-1，CaCO₃再經高溫煅燒，分解為CaO，可以實現吸脫附的循環，保證材料的循環使用。自然界含鈣豐富，各種天然礦石如石灰石，白云石之類的，經過高溫煅燒可以得到CaO和CaO-MgO，都可用來大規模捕集二氧化碳。

目前關于氧化鈣已經被廣泛的研究，大多數工作都集中在其吸附效果的促進和循環穩定性的提升。具體方法包括制備納米級氧化鈣材料、負載金屬鹽類、添加支撐材料等。其中研究最廣泛的是通過溶膠凝膠法制備納米CaO材料，然而該制備過程需要用到大量的有機試劑，其制造成本十分高昂，并不適用于實際工業過程中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在高溫(400～950℃)下能提高二氧化碳捕集性能且制造成本低廉、適用于實際工業過程的吸附材料及其制備方法。其技術方案如下：

一種二氧化碳吸附材料，其包括主吸附材料CaO和助吸附材料Ca₃B₂O₆，該主吸附材料為載體，該助吸附材料分散負載在該載體表面。