一种固态胺气体吸附材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种固态胺气体吸附材料的制备方法，该方法一步合成了均匀负载有机胺的多孔的固态胺气体吸附材料。在所述方法中，由于在硅酸盐溶液中引入有机胺分子充当模板剂的同时通入一定量的酸性气体，不仅使SiO2孔道大小均匀，有机胺分子也能高效均匀分布在SiO2表面，而且，酸性气体对有机胺的-NH2基团起到保护作用，避免在材料合成过程中由于氢键作用而使-NH2粘连失活。在本发明专利技术中还涉及了从粉煤灰中获得硅酸盐溶液后制备固态胺气体吸附材料的方法。本发明专利技术的制备方法工艺简单、无需特殊设备，并且制得的固态胺气体吸附材料具有更稳定、更高效的气体吸附性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于吸附材料制备领域，具体地，本专利技术涉及一种固态胺气体吸附材料的制备方法、采用该方法制备的吸附材料及其用途。本专利技术还涉及一种用粉煤灰制备固态胺气体吸附材料的方法。 
技术介绍
工业发展和都市化的一个弊端是废气的排放。排放废气中通常包含硫和氮氧化物（SOX和NOX）等有毒气体，以及碳氧化物，如二氧化碳。上述排放废气均为酸性气体。 通过固体吸附材料吸附上述酸性气体，特别是固态胺吸附材料成为研究的热点。这些载有胺官能团的固体吸附材料本身为多孔吸附材料，而胺分子末端的胺官能团又能有效捕捉酸性气体；当所述吸附材料与需要吸附的气体接触时，通过物理吸附与化学吸附的协同作用，大大提高了其吸附效率。 在现有技术中，胺与载体的结合方式主要有浸渍法及化学键嫁接。浸渍法制备过程简单，且容易得到高含量胺，因而吸收能力高，但胺与载体结合不够紧密，在较高温度下易挥发损失。化学键嫁接法制得的吸收剂，胺基与载体间通过化学键连接，吸收剂稳定性高，但是化学法嫁接制备过程较复杂且胺基的嫁接量较低，吸收能力一般小于浸渍制得的吸收剂。 在选择固体载体方面，一些研究者在多孔载体、例如氧化硅、氧化铝、分子筛、活性炭上进行了实验。在选择有机胺方面，主要采用MEA、PEI、DEA、TEPA等。 在制备固态胺吸附材料过程中，需要合适分子大小的有机胺与合适固体载体的孔径与比表面相匹配，使有机胺分子能够尽量进入孔道的内部并均匀负载在固体载体表面。 M.L.Gray使用浸渍法利用粉煤灰为载体负载CPAHCL合成固态胺吸附材料，其最大吸附能力仅为1%wt%（CO2 capture by amine-enriched fly ashcarbon sorbents,M.L.Gray,Y.Soong,K.J.Champagne,John Baltrus,R.W.Stevens,Jr,P.Toochinda,S.S.C.Chuang,Separation and Purification Technology35(2004)31–36）。Steven Chuang使用浸渍法用Beta-分子筛负载TEPA合成固态胺吸附材料，其最大吸附能力为9.13wt%(Oxide-SupportedTetraethylenepentamine for CO2 Capture,James C.Fisher II,Jak Tanthana,andSteven S.C.Chuang,Environmental Progress & Sustainable Energy(Vol.28,No.4))。 上述文献中介绍的固体吸附材料的吸附效果并不理想，其二氧化碳吸附率最高为10wt%左右。原因可能是与理论值相比，实际情况中，有机胺分布不够均匀，胺分子末端的胺官能团未能均匀地在固体表面及孔道内形成有效的二氧化碳捕捉点；或者树状大分子上的胺官能团与固体载体表面上的活性位点相互作用，导致影响了对二氧化碳分子进行有效捕捉。 为解决现有技术中的问题，即制备固态胺气体吸附材料工艺复杂、需要特殊设备或成本高昂，现有的固态胺气体吸附材料选择性差、不稳定或吸附能力差，本专利技术人提供了一种新的固态胺气体吸附材料的制备方法以及采用该方法制备的固态胺气体吸附材料及其用途。 
技术实现思路
本专利技术涉及一种固态胺气体吸附材料的制备方法，该方法一步合成了均匀负载有机胺的多孔的固态胺气体吸附材料。 在所述方法中，由于在硅酸盐溶液中引入有机胺分子充当模板剂的同时通入一定量的酸性气体，不仅使SiO2孔道大小均匀，有机胺分子也能高效均匀分布在SiO2表面，而且，酸性气体对有机胺的-NH2基团起到保护作用，避免在材料合成过程中由于氢键作用而使-NH2粘连失活。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种制备固态胺气体吸附材料的方法，其包括以下步骤： 1）在硅酸盐溶液中加入有机胺，进行搅拌的同时，在所述溶液中缓慢通入酸性气体，直至所述溶液的pH值为9~11时停止，从而获得SiO2溶胶或凝胶； 2）从上述溶液中过滤所述SiO2溶胶或凝胶沉淀，并进行老化、干燥脱水，从而获得固态胺气体吸附材料。 根据本专利技术的一个方面，硅酸盐溶液浓度为5~50（重量）%。 上述步骤（1）中所述硅酸盐溶液可以是本
中已知的任何可溶的硅酸盐溶液，优选地为硅酸钠溶液和/或硅酸钾溶液。 本专利技术的硅酸盐溶液可由含有氧化硅的材料获得，根据本专利技术的另一方面，这种含有氧化硅的材料为粉煤灰。 即本专利技术的另一方面为提供了一种用粉煤灰制备固态胺气体吸附材料的方法，其包括以下步骤： 1）将粉煤灰与碱溶液进行碱熔融，反应后过滤，得到含有硅酸盐的上清液； 2）在所述上清液中加入有机胺，进行搅拌的同时，在所述溶液中缓慢通入酸性气体，直至所述溶液的pH值为9~11时停止，从而获得SiO2溶胶或凝胶； 3）从上述溶液中过滤所述SiO2溶胶或凝胶沉淀，并进行老化、干燥脱水，从而获得固态胺气体吸附材料。 优选地，上述步骤1）为在30~120°C温度下，将粉煤灰与10~30（重量）%的碱溶液按固液重量比1：1至1：5的比例进行碱熔融，反应30~120分钟后过滤，得到含有硅酸盐的上清液。 优选地，在上述制备方法的步骤（1）中，在80~100°C温度下反应。 在本专利技术的制备方法中，所述酸性气体可选自于碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物和硫氢化物，所述酸性气体可选自于二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和硫化氢中的一种或多种；优选地，可选自于二氧化碳和/或硫化氢；从获得成本方面考虑，优选地为二氧化碳。 在上述方法中，所述碱溶液可以是任何强碱溶液，选自氨基化合物、碱金属氢化物和氢氧化物中的一种或多种；优选地为氢氧化钠和/或氢氧化钾。 在前述的制备过程中，优选地，所述有机胺可选自聚乙烯亚胺（PEI）、四乙烯五胺（TEPA）、乙二胺、丁二胺、己二胺、三氨乙基胺、丙烯腈、三聚氯氰、二异丙基乙胺和丙烯酸甲酯中的一种或多种。更优选地，所述有机胺为聚乙烯亚胺（PEI）和/或四乙烯五胺（TEPA）。 优选地，其中，所述以有机胺的质量与最终制得的所述固态胺气体吸附材料的质量之比计（下同），所述吸附材料的有机胺负载量为10~60%；更优选地，所述吸附材料的有机胺负载量为30~45%。 在上述方法中，优选地，所述酸性气体的流速可以为5~15升/分钟；优选地，在100～120°C温度下老化、干燥脱水。 根据本专利技术的第三个方面，提供了一种固态胺气体吸附材料，其通过上述的方法制备。而优选地，所述吸附材料的有机胺负载量为10~60%（重量）%，优选地，其负载量为30~45%（重量）%。更优选地，所述吸附材料负载的有机胺为聚乙烯亚胺（PEI）和/或四乙烯五胺（TEPA）。 本专利技术中的吸附材料用于吸附选自于碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物和硫氢化物，所述酸性气体可选自于二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和硫化氢中的一种或多种；优选地，可选自于二氧化碳和/或硫化氢。 与现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备固态胺气体吸附材料的方法，其包括以下步骤：1）在硅酸盐溶液中加入有机胺，进行搅拌的同时，在所述溶液中缓慢通入酸性气体，直至所述溶液的pH值为9~11时停止，从而获得SiO2溶胶或凝胶；2）从上述溶液中过滤所述SiO2溶胶或凝胶沉淀，并进行老化、干燥脱水，从而获得固态胺气体吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备固态胺气体吸附材料的方法，其包括以下步骤：
1）在硅酸盐溶液中加入有机胺，进行搅拌的同时，在所述溶液中缓慢通
入酸性气体，直至所述溶液的pH值为9~11时停止，从而获得SiO2溶胶或凝
胶；
2）从上述溶液中过滤所述SiO2溶胶或凝胶沉淀，并进行老化、干燥脱水，
从而获得固态胺气体吸附材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硅酸盐溶液为硅酸钠溶液
和/或硅酸钾溶液。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述硅酸盐溶液的浓度为
5-50（重量）%。
4.根据权利要求1-3之任一所述的方法，其中，所述硅酸盐溶液通过
碱熔融粉煤灰后进行过滤来制备。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述碱选自氨基化合物、碱金
属氢化物和氢氧化物中的一种或多种，优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，粉煤灰和10~30（重量）%
的碱溶液按固液重量比1：1至1：5的比例进行碱熔融。
7.根据权利要求4-6项之任一项所述的方法，其中，碱熔融反应30~120
分钟。
8.根据权利要求项4-7项之任一项所述的方法，碱熔融反应在
30~120°C温度下，优选在80~100°C温度下进行。
9.根据权利要求1-8项之任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝冬，张中华，孙琦，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：