[發明專利]二氧化硅介孔材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110693184.4
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113277520B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 趙明;英杰;王偉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B01J20/10;B01D53/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙麗婷

本發明公開了二氧化硅介孔材料及其制備方法和應用。制備二氧化硅介孔材料的方法包括：將包括共聚物P123的表面活性劑與酸混合，得到表面活性劑溶液；將表面活性劑溶液與氯化膽堿?尿素離子液體混合，得到低溫共熔混合液；將低溫共熔混合液與硅源混合，使硅源水解得到懸濁液；利用氨氣或堿液將懸濁液的pH值調節至不小于6.2，然后對得到的反應液進行超聲化反應，得到固態產物；對固態產物進行煅燒處理，得到二氧化硅介孔材料。該方法取消了老化步驟，可以在如35℃的低溫下在幾小時內實現二氧化硅介孔材料的合成，不僅工藝簡單、環保，且易于操作和控制，還可以將合成周期從幾天縮短至幾個小時，同時制得的介孔材料表現出良好的織構組織和形態。

技術領域

本發明屬于溫室氣體控制領域，具體而言，涉及二氧化硅介孔材料及其制備方法和應用。

背景技術

CO₂是人類活動產生的主要氣體，也是導致全球變暖的最著名的溫室氣體(GHG)。根據斯克里普斯海洋學研究所報告的最新數據，截止至2020年1月10日，大氣中的二氧化碳濃度急劇增加至413.63ppm，這就是當代研究致力于如何減緩或阻止這種趨勢的原因。據預測，如果不進一步減少CO₂排放，到本世紀末溫度將升高5℃。基于這些事實，CO₂排放已經受到越來越多的科學關注，并且已經實施了各種國際協議標準區域政策以減輕CO₂排放的影響。目前已經開發了各種技術來降低或逆轉GHG排放的影響，解決GHG排放問題的可行方案之一是CO₂捕獲和存儲(CCS)技術，這種技術包括燃燒前或燃燒后、含氧燃料和電化學分離。盡管所有這些策略都各有利弊，但在CCS技術中，燃燒后被認為是最直接的CO₂捕獲技術。在燃燒后策略中，通常使用鏈烷醇胺的水溶液來減少工業過程中的CO₂排放，例如化石燃料發電廠，水泥生產，鋼鐵和鋼鐵制造。伯胺(單乙醇胺(MEA))、仲胺(二乙醇胺(DEA))和叔胺(N-甲基二乙醇胺(MDEA))的水溶液可以通過生成碳酸氫鹽以1:1的摩爾比捕獲CO₂；然而，該技術存在一些固有的缺點，例如，溶劑再生所需的能量很大(這是由于水的重量很大，約占水溶液的70-90wt％)，與煙道氣中存在的化合物發生反應，在較高溫度下或煙道氣中存在氧氣時會降解，并且具有腐蝕性，導致吸收設備損壞。

鑒于以上問題，研究人員正在研究其它CO₂捕獲方法，例如吸附過程，與胺系統的水溶液相比，固體吸附劑可以節省能源并且易于處理，且不太可能引起腐蝕問題；此外，該方法在捕獲CO₂方面更加節能，投資成本更低，并且可在更寬的溫度下使用固體吸附劑，在循環過程中產生廢料更少，可以在不采取過度環境預防措施的情況下處置用過的固體吸附劑。因此，近年來已經對許多固體吸附劑的捕獲潛力進行了研究，其中包括沸石、活性炭、堿土金屬氧化物和金屬-有機骨架(MOF)，然而，沸石、活性炭和MOF通過物理過程吸附CO₂需要較大的壓力和/或溫度梯度以實現良好的吸附-解吸性能，且它們的選擇性低，對溫度和濕度敏感；堿土金屬氧化物吸附劑通常需要在非常高的溫度下吸附和解吸CO₂，這意味著必須消耗更多的能量來加熱吸附和解吸設備。為了克服這些限制，對使用胺官能團進行官能化以從煙氣中捕獲CO₂的固體載體的研究工作引起了研究人員的廣泛關注，目前已經出現了幾種摻入CO₂捕獲劑的二氧化硅材料作為CO₂的干吸附劑，僅二氧化硅載體的二氧化碳捕獲能力可忽略不計，但是胺官能團或金屬在多孔二氧化硅載內部的分散、固定和封閉可顯著改善其CO₂捕獲性能。在二氧化硅介孔材料中，Santa Barbara非晶15號(SBA-15)是一種公知的用作上述目的載體的介孔二氧化硅材料，其采用傳統的水熱法合成。然而，雖然水熱法被廣泛用于合成不同形態的介孔材料，但該方法的主要缺點是合成過程耗時長(通常2～3天)且需要至少80℃至150℃的高溫老化步驟。

因此，從環境和經濟角度來看，開發環境友好、簡便易行的介孔材料合成方法是十分重要的。

發明內容