[發明專利]一種固態多孔的氣體吸附材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201910559309.7
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110368904A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 李銀勇
• 申請（專利權）人: 浙江躍維新材料科技有限公司
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 麗水創智果專利代理事務所(普通合伙) 33278
• 代理人: 單拯

本發明公開了一種固態多孔的氣體吸附材料的制備方法及其應用，1）、將有機胺、交聯劑與溶劑混合，形成分散液；步驟2）、將分散液在低溫下冷凍；3）、在冷凍條件下，有機胺和交聯劑發生交聯反應，形成交聯的冰凝膠；4）、將冰凝膠干燥，得到固態多孔的氣體吸附材料，上述有機胺包括含胺類聚合物、多元胺中的其中一種或兩種的混合。上述吸附材料可用于吸附二氧化碳、硫化氫、硫氧化物、氮氧化物、甲醛蒸汽的吸收，且可通過加熱再生。本發明的吸附材料制備工藝簡單、設備要求低、生產成本低、安全環保、應用范圍廣；不需要任何其他載體，氨基負載量高、吸附容量高、吸附效率高；再生時，胺不揮發、損耗小、熱穩定性、循環穩定性好。

技術領域

本發明涉及一種固態多孔的氣體吸附材料的制備方法及其應用，屬于吸附材料技術領域。

背景技術

近年來，人類活動向大氣中排放了大量的有毒有害氣體，如氮氧化物、硫氧化物、硫化氫等。其中超量排放的二氧化碳已經使得全球暖化的趨勢越來越嚴重。溫室效應導致的全球暖化會帶來劇烈的氣候變化，海平面急劇上升，從而會造成無法逆轉的生態災難。根據巴黎氣候協定，世界各國的目標是將平均氣溫控制在高于前工業水平2攝氏度以內。為了實現這個目標，需要實現二氧化碳大規模的減排，達到零排放或甚至負排放。因而二氧化碳的吸附捕集與封存（CCS）技術成為研究的熱點。

目前，已經工業化應用的二氧化碳捕集技術是基于小分子胺類的溶液吸收法（US5339633A）。該方法技術較為成熟，小分子胺類的成本比較低。但該技術存在能耗高、液體胺腐蝕性強、小分子胺類循環穩定性差、吸附劑損耗多、設備投資及運營成本高的缺點（Fuel 121 (2014) 178–188；Aerosol and Air Quality Research, 12: 745–769,2012），因而整體成本高，較難實現大規模的應用。

負載有液體胺的固態多孔材料能有效地通過物理吸附與化學吸附的協同作用來吸附二氧化碳。現有技術主要通過浸漬的方法將液體胺類負載到多孔的載體上，多孔載體主要有介孔二氧化硅、有機金屬框架材料、多孔氧化鋁、活性炭、石墨、二氧化硅氣凝膠等（Chem. Commun., 2009, 3627–3629；CN103785349B；CN101543762A；CN102600802A；US8377173B2）。該類固態吸附劑解決了一部分液態吸附劑的缺點，如對設備腐蝕性較小、能耗較低。但由于此類吸附劑的載體往往為惰性的無機材料，不能參與二氧化碳的化學吸附，因而起作用的主要是其中負載的液體胺。過量負載的液體胺會堵塞固體的材料的孔隙，降低比表面積，影響吸附速度和吸附容量，因而此類吸附劑的有效胺負載率較低，往往低于10mol/kg，導致吸附容量較低。另外，負載的液體胺在加熱脫吸附的過程會因為揮發、氧化等原因發生損耗，導致循環穩定性較差。

發明內容

本發明為了解決現有氣體吸附技術存在的缺點，提出了一種固態多孔的氣體吸附材料的制備方法及其應用。本發明通過在低溫冷凍的條件下，直接交聯胺類形成交聯網絡，干燥后得到孔隙率高、比表面積大的多孔吸附材料。本發明制備得到的氣體吸附材料可用于吸附二氧化碳、硫化氫、硫氧化物、氮氧化物、甲醛蒸汽等中的一種或多種氣體。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：一種固態多孔的氣體吸附材料的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：

步驟1）、將有機胺、交聯劑與溶劑混合，形成分散液；

步驟2）、將上述分散液在低溫下冷凍；

步驟3）、在冷凍條件下，有機胺中的氨基和交聯劑中的交聯官能團發生交聯反應，形成具有交聯網絡的冰凝膠；

步驟4）、將上述冰凝膠干燥，得到固態的多孔泡沫材料，用于氣體的吸附；

其中，上述有機胺包括含胺類聚合物、多元胺中的其中一種或兩種的混合。