[發明專利]一種應用于沼氣脫碳純化固體吸附材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810266503.1
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108404883B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 蔣建國;孟園;徐一雯;顏楓;高語晨
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;C10L3/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種應用于沼氣脫碳純化固體吸附材料的制備方法，先進行NKA?9的預處理：將NKA?9裝填于樹脂柱中，用去離子水清洗，直至出水沒有白色渾濁為止；后用HNO₃溶液浸泡，用去離子水清洗直至出水pH為中性；清洗后的NKA?9在烘箱中干燥，直至重量不再發生變化；然后將有機胺負載至NKA?9上：稱取BPEI，加入無水甲醇作為溶劑，在室溫下攪拌直至BPEI全部溶解；稱取預處理后的NKA?9，倒入BPEI溶解液中，再加入無水甲醇沖洗落在容器壁上的NKA?9；體系攪拌直至溶劑全部揮發；后將殘余物放于真空干燥箱中，真空干燥得到固體吸附材料；本發明所得固體吸附材料在保證較高吸附容量的同時，也具有較高的吸附?解吸循環穩定性。

技術領域

本發明涉及沼氣脫碳純化技術領域，具體涉及一種應用于沼氣脫碳純化固體吸附材料的制備方法。

背景技術

厭氧發酵技術在處理有機固體廢棄物上有著重要應用，對諸如餐廚垃圾、果蔬垃圾、畜禽糞便、污泥等有機固體廢棄物在厭氧條件下進行生物分解。沼氣作為厭氧發酵過程中產生的一種混合氣體，主要成分為甲烷CH₄和二氧化碳CO₂，包括一些少量組分諸如硫化氫H₂S、氨氣NH₃、一氧化碳CO、水分H₂O等。沼氣的組分比例隨沼氣來源和厭氧發酵基質的不同會存在一定的變化，但多數沼氣中甲烷體積比在55～70％范圍內，CO₂比例約為30％～45％[WasteBiomass Valorization,2017,8(2):1-17]。由于具有較高的甲烷含量，沼氣是一種很有價值的可再生能源，高品位的沼氣可用作燃料或生產化學品。而甲烷的含量決定了沼氣的品位，像高甲烷含量的沼氣由于具有較高的熱值，可直接進入管道或車載燃料，但是沼氣中二氧化碳的大量存在會降低沼氣的熱值，一般沼氣中熱值大概為22～25MJ/m³，而脫碳提純后的沼氣熱值可達到39.8MJ/m³[環境保護與循環經濟,2015(3)]。因此，對厭氧發酵產生的沼氣進行脫碳提純對于改善沼氣品位進行高值化利用來說較為重要。

目前沼氣脫碳提純技術主要包括吸收法(物理與化學吸收)、吸附法(物理與化學吸附)、深冷分離法和膜分離法等。而液胺吸收脫碳是一種成熟有效的低溫二氧化碳捕集技術，諸如甲酸二乙醇胺MDEA、二乙醇胺DEA、單乙醇胺MEA等作為一類化學吸收劑在沼氣純化工藝中被應用，但存在吸收劑再生能耗高、穩定性差、設備易腐蝕等缺點。而胺分子修飾多孔載體制備得到的固態胺吸附材料，被認為是液胺的潛在替代物。使用較多的為有機胺負載的硅基材料，諸如二氧化硅、沸石等，具有吸附材料易于處理和運輸、腐蝕性小、再生能耗遠低于液胺系統等優勢，因此被廣泛研究。

但普遍固態胺材料在變溫吸附的多次吸附-解吸循環穩定性測試中，由于材料存在物理性失活(胺分子揮發或析出)、化學性失活(胺基與CO₂形成牢固的尿素鏈)等情況，材料再生困難、循環穩定性較差。為了保證解吸氣體的純度而采用純CO₂作為解吸氣氛條件下，由于需要更高的解吸溫度，材料的穩定性隨著循環次數的增加下降得也更為明顯。有研究通過使用化學嫁接法負載有機胺或提高有機胺分子量來提高硅基固態胺材料的穩定性。兩種方法可提高材料熱穩定性，但無法規避化學性失活的影響，而且由于嫁接法受到載體表面基團數的限制、高分子量有機胺受到氣體擴散阻力的限制，均導致材料的吸附容量偏低。

因此，一種保證CO₂吸附容量并具有多次循環穩定性的固體吸附材料，在沼氣脫碳純化等方面具有更好的應用前景。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供了一種應用于沼氣脫碳純化固體吸附材料的制備方法，所得固體吸附材料在保證較高吸附容量的同時，也具有較高的吸附-解吸循環穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種應用于沼氣脫碳純化固體吸附材料的制備方法，包括以下步驟：