[發(fā)明專利]固態(tài)胺吸附劑及其制備方法和包含其的CO2

有效

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• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109174017B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發(fā)明（設計）人: 譚小耀;張燁;朱泓菡;王晨;盛俊峰;陳宗蓬;顧修筑;謝東紅
• 申請（專利權）人: 天津工業(yè)大學;上海穗杉實業(yè)股份有限公司
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種固態(tài)胺吸附劑及其制備方法和包含其的CO₂吸附組件，所述固態(tài)胺吸附劑包括中空纖維以及負載在中空纖維內(nèi)表面的有機胺。中空纖維具有方便可調(diào)的孔隙結(jié)構，可以容納不同結(jié)構、不同分子大小的引入基團，使可選的有機胺范圍更廣；中空纖維具有的指狀多孔層中規(guī)則的指狀結(jié)構使有機胺能夠均勻地分布在孔道內(nèi)形成有機胺薄膜，可大大提高CO₂吸附反應的表面積，顯著提高CO₂的脫除速度。

技術領域

本發(fā)明屬于氣體凈化技術領域，涉及一種固態(tài)胺吸附劑及其制備方法和包含其的CO₂吸附組件。

背景技術

在載人空間站、潛艇、深潛器等密閉空間環(huán)境中，清除CO₂是維持系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的必需環(huán)節(jié)，同時，復雜的工況要求去除CO₂技術必須具備高效、安全、穩(wěn)定的特點外，還必須具有體積小、重量輕、能耗低、可再生以及操作維護簡便等特點。目前，密閉空間中CO₂脫除技術主要有：金屬化合物吸收法、分子篩吸附法、胺吸收法、膜分離法等；以氫氧化鋰和超/過氧化物吸收技術為代表的金屬化合物吸收法技術成熟，其優(yōu)點是體積小、質(zhì)量輕、成本較低、工作性能可靠，但由于該方法屬于非再生式CO₂去除技術，限制了其應用。分子篩對 CO₂的吸附主要是物理吸附，具有再生性，但其再生壽命短、吸附率較小、水汽影響大，需要預處理裝置，導致吸附裝置體積、質(zhì)量和能耗較大。胺吸收法是使CO₂與乙醇胺類吸收液發(fā)生化學反應以達到脫除CO₂的目的，該方法雖然吸收效果好，但不易再生，需要不斷補充吸收劑，且體積和能耗大，并存在腐蝕、泄漏、揮發(fā)等安全問題。膜分離技術主要有支撐液膜、促進傳遞膜、膜吸收等，但主要用于煙道氣和天然氣中CO₂的去除和燃燒前捕捉，并不適應于低濃度CO₂的脫除，且技術不成熟，安全性、穩(wěn)定性、選擇性均有待提高。

基于有機胺修飾多孔材料的固體吸附劑(統(tǒng)稱為固態(tài)胺)是一種新興的CO₂捕集技術，有機胺的引入可以大幅度提高CO₂的吸附能力，它可以與CO₂可逆地形成氨基甲酸鹽或者碳酸氫鹽，并通過加熱或真空實現(xiàn)可逆再生，不僅可以應用于高濃度CO₂的分離，也可以應用于低濃度CO₂分離。由于固態(tài)胺具有效率高、可再生、操作簡單、控制濃度低等優(yōu)點，是一種非常有競爭力的密閉空間CO₂去除技術，自20世紀70年代起，美國和前蘇聯(lián)等國家已將固體胺應用于載人航天器和潛艇用以控制CO₂濃度。傳統(tǒng)上制備固態(tài)胺的多孔材料主要有介孔硅、沸石分子篩和活性炭等，這些多孔材料不僅是固態(tài)胺吸附劑的“骨架”，也提供了CO₂吸附反應的界面，因而對多孔材料結(jié)構提出了嚴格的要求，不僅需要有大的氨基負載量，而且需要有高的比表面積，以提高CO₂脫除速度， CN102343254A公開了一種常溫CO2固態(tài)胺吸附劑及其制備方法，為經(jīng)液態(tài)有機胺改性的碳納米管，其中碳納米管的重量百分含量為50-70％，有機胺的重量百分含量為30-50％，可在常溫下吸附CO₂，且能耗小，但是碳納米管密度較小，應用時體積過大，使其應用受到了限制；CN105195113A公開了一種室溫捕捉低濃度CO₂用固態(tài)胺吸附劑及其制備方法和應用，吸附劑為經(jīng)液態(tài)有機胺和表面活性劑溶解到有機溶劑中，加入大孔吸附樹脂在旋轉(zhuǎn)儀上反應一段時間，使有機胺及表面活性劑浸漬到樹脂載體的孔道結(jié)構中，然后除去溶劑得到固態(tài)胺吸附劑，雖然能耗低，再生條件溫和，但是當有機胺負載量過大時，會減少大孔材料的孔隙率，進而影響CO₂的吸附速率且導致吸附效率較差。

目前需要一種新的固態(tài)胺吸附劑可滿足對低濃度CO₂的吸附要求，且吸附效率高，占地面積小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)胺吸附劑及其制備方法和包含其的CO₂吸附組件。