[發明專利]一種由化學鍵負載有機胺的CO2

在審

• 申請號: 202011374108.9
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112403441A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 焦劍;官梓怡;李威霖;孫廣美;魏欣怡
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 徐云俠

本發明屬于氣體吸附分離技術領域，公開了一種由化學鍵固載有機胺的CO₂固體吸附劑的制備方法，包括：(1)羧基的活化；(2)載體表面修飾；(3)化學鍵反應固載；(4)固體吸附劑制備。本發明提供的制備方法制備得到的CO₂固體吸附劑高效穩定，載體MPS較大的孔徑和活潑的活性羥基有利于提高CO₂的捕獲量，通過表面修飾引入羧基基團從而形成化學鍵固載，提高固體胺吸附劑的穩定性，支持有機胺在孔道分布均勻，提高了有機胺在載體上的固載容量、吸附劑的循環性及穩定性。

技術領域

本發明屬于氣體分離CO₂吸附劑的制備技術領域，具體涉及一種由化學鍵負載有機胺的CO₂固體吸附劑的制備方法。

背景技術

由二氧化碳(CO₂)排放造成的溫室效應是急待解決的環境問題，同時CO₂也是一種重要碳資源。CO₂捕獲與封存技術(CCS)受到廣泛重視，其中吸附劑是影響其效能的關鍵因素。優異吸附劑應具有高吸附量和選擇性、優異的循環吸附性、快速的動力學特征、高穩定性及低廉的價格。

國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)定義：孔徑介于2～50nm的多孔材料為介孔材料。介孔二氧化硅(MPS)是其重要成員之一，該類分子篩材料的孔道為長程有序而短程無序的結構，其孔壁完全呈無定形具有一定的晶型，因而往往具有較強的熱和水熱穩定性，這些特征使得MPS具有很強的吸附能力。同時MPS表面具有硅羥基，可以與其它有機物反應從而實現對其表面的修飾。MPS多為二維六方結構的MCM-41或SBA-15，它們雖有高比表面積及較大孔徑，但介孔連通性差，不利于有機胺在介孔中傳輸而影響負載量及分布均勻性，并影響CO₂擴散和吸附行為。

目前CO₂吸附劑有液體、固體及分離膜等形式。其中固載型有機胺的形式廣受關注，有機胺具有與CO₂分子的高反應性，CO₂的吸收能力高，因而廣泛用作CO₂的捕獲劑。通常的方法是將有機胺負載到多孔載體如MPS上，目前常用的方式有浸漬法與接枝法。浸漬法中有機胺與介孔材料孔道之間沒有化學結合，因此在高溫下會出現有機胺揮發熱解的現象。這種方法中MPS與胺為物理作用負載，且小分子胺容易揮發，吸附循環性較差。通過化學接枝引入氨基或直接合成含有氨基的介孔材料能提高材料的熱穩定性，但是采用這種方法，因為介孔孔道上的硅醇、羥基等活性位點有限，所以能夠有效固載在介孔孔道上的氨基會少很多，如此制備出來的吸附材料的吸附量反而不如浸漬法制備的吸附劑。

發明內容

本發明提供一種由化學鍵負載有機胺的CO₂固體吸附劑的制備方法，首先制備介孔SiO₂粉末MPS，然后對其表面進行羧基修飾，將制備的表面羧基修飾的MPS粉末和有機胺混合制備CO₂吸附劑，通過引入羧基與有機胺的氨基的化學鍵合制備高容量、高穩定性及循環性好的CO₂吸附劑。

本發明目的提供一種由化學鍵負載有機胺的CO₂固體吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、羧基的活化：向羧基修飾劑中加入有機溶劑進行羧基活化處理，得到混合液Ⅰ；

S2、載體表面修飾：將介孔二氧化硅分散于有機溶劑中，再與所述混合液Ⅰ混合，得混合液Ⅱ；將所述混合液Ⅱ在攪拌的條件下加熱回流反應，再依次過濾、干燥，制得表面羧基修飾的MPS；

其中，所述介孔二氧化硅與S1中所述羧基修飾劑的摩爾比為90-98:2-10；

S3、化學鍵反應固載：將S2中所述表面羧基修飾的MPS加至有機胺溶液中得到混合溶液Ⅲ，繼續在40-60℃、惰性條件下攪拌4-8h，得到混合液Ⅳ；

所述有機胺溶液是有機胺與有機溶劑按質量比1：10-15配制而成；