本发明专利技术提供了一种基于炭气凝胶的负载型有机胺CO2吸附剂，其以超大孔容炭气凝胶为载体，带有氨基官能团的有机胺均匀负载于炭气凝胶的孔道中。上述吸附剂的制备方法：将间苯二酚、甲醛溶液、碱性催化剂与蒸馏水混合得到间苯二酚与甲醛的总质量浓度为25％～35％的溶液，所得溶液在50～90℃下充分老化得到有机湿气凝胶，将有机湿气凝胶浸泡在丙酮溶液中，置换出有机湿气凝胶中的水，经CO2超临界干燥后置于炭化炉中炭化，得到超大孔容碳气凝胶；将超大孔容的炭气凝胶与有机胺溶液混匀，自然晾干，再在55～65℃下进一步干燥。本发明专利技术为CO2吸附捕集提供一种新的大吸附容量的CO2吸附剂，并简化了制备工艺，降低了制备成本，同时提高了有机胺利用效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于co2的捕集分离
，具体涉及一种新型的负载型有机胺co2。背景领域气候变化是当代人类面临的最重大的全球环境问题之一。除节能与提高能效、发展新能源与可再生能源、增加碳汇外，二氧化碳捕集利用与封存(ecus)技术是未来减缓co2排放的重要技术选择之一。当前，CCUS技术总体上仍处于研发和示范阶段，仍存在能耗和成本过高等突出问题。由于C02的捕集分离过程约占整个CCUS费用的70 %，研究开发新型高效碳捕集技术以降低CCUS的能耗和成本具有重大意义。co2捕集分离技术主要有液相胺吸收法、吸附法、膜分离法等。液相胺吸收法存在腐蚀设备、吸收剂再生能耗高等缺点。传统吸附法是利用活性炭或分子筛的物理吸附作用，但活性炭对co2/N2的选择性低，仅适合捕集分离高浓度co2气体，而分子筛对含湿烟气中co2吸附容量很低。负载型有机胺吸附法将胺基化合物装载于多孔固体的孔隙内，利用高度分散的有机胺化学吸附烟气中co2。与液相胺吸收法相比，该法结合了有机胺对co2分子亲和性强的优点。同时，由于再生过程不需加热热容很大的水，再生能耗大大降低。因此负载型有机胺吸附法极具工业应用前景，而该方法中高吸附容量的负载型有机胺吸附剂是该技术的核心和关键。载体材料的孔隙结构对负载型有机胺吸附剂的性能影响较大。介孔分子筛、大孔硅胶等多孔材料常被用作制备吸附剂的载体。如申请号为201310039289.3的专利公开了一种氨基功能化硅胶吸附材料的制备方法，该方法采用将硅胶浸渍于四乙烯五胺乙醇溶液中，蒸发乙醇干燥后得到四乙烯五胺/硅胶C02吸附剂。该吸附剂在75°C吸附容量可达3.1Smmol/g。然而，由于这类载体材料的孔容较小，负载有机胺后造成孔隙堵塞，胺基利用效率低等问题，导致很难进一步提高吸附容量。ZL201010224646.X公开了一种用于捕集⑶2的球形中孔炭复合材料的制备方法，通过在甲醛和苯酚的混合溶液中加入Si02模板，经过缩聚反应形成含有Si02的有机凝胶，再经干燥、碳化以及HF溶液的刻蚀，制得球形中孔炭，以该球形炭为载体，负载聚乙烯亚胺后制备得到C02吸附剂。该吸附剂在75°C吸附容量达到5.34mmol/g。然而，制备球形中孔炭载体时，加入Si02模板，碳化后又采用HF溶液去除模板，过程繁琐，制备成本高。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的第一个目的是提供一种基于炭气凝胶的负载型有机胺co2吸附剂，为co2吸附捕集提供一种新的大吸附容量的co2吸附剂;第二个目的是提供一种制备上述基于炭气凝胶的负载型有机胺co2吸附剂的方法，以简化制备工艺，降低制备成本，同时提高有机胺利用效率。本专利技术的基本构思为:炭气凝胶是一种典型的介孔材料，具有丰富孔隙结构，其孔容比分子筛、硅胶等介孔材料大，理论上适合用于制作负载型有机胺⑶2吸附剂的载体。传统的炭气凝胶的孔径为5-10nm，孔容约为lmL/g。通过严格控制炭气凝胶制备过程中催化剂的添加量，进而控制所形成的溶胶粒子大小，制备出孔径分布均匀、孔容更大的炭气凝胶。以超大孔容炭气凝胶为载体，可提高有机胺在孔隙中的分散度，从而提高胺基利用效率。专利技术人可以制备出吸附容量达到4.0mmo 1 /g的固体胺C02吸附剂。针对本专利技术的第一个目的，本专利技术提供的基于炭气凝胶的负载型有机胺C02吸附剂，其以大孔容炭气凝胶为载体，带有氨基官能团的有机胺均匀负载于炭气凝胶的孔道中，其比表面积为850?1200m2/g，孔容为2.0?4.0mL/g。所述有机胺优选大分子有机胺;进一步优先选用四乙烯五胺、聚乙烯亚胺和二乙烯三胺。针对本专利技术的第二个目的，本专利技术提供的基于炭气凝胶的负载型有机胺C02吸附剂的制备方法主要包括以下工艺步骤:(1)炭气凝胶的制备:将间苯二酚、甲醛溶液、碱性催化剂与蒸馏水混合得到间苯二酚与甲醛的总质量浓度为25 %?35 %的溶液，所得溶液在50?90°C下充分老化得到有机湿气凝胶，将有机湿气凝胶浸泡在丙酮溶液中，置换出有机湿气凝胶中的水，经C02超临界干燥后置于炭化炉中，在惰性气体的保护下于800?1000°C下充分炭化后，自然冷却至室温得到大孔容的炭气凝胶;所述间苯二酚与甲醛的摩尔比为(0.5?1):1，间苯二酚与碱性催化剂的质量比为(250?2000): 1;优选(250?1000): 1 ；(2)有机胺的负载:将步骤(1)得到的大孔容的炭气凝胶与有机胺溶液混匀，然后在室温下自然晾干，再在55?65°C下进一步干燥，即得到基于炭气凝胶的负载型有机胺C02吸附剂;所述有机胺溶液的用量等于炭气凝胶的饱和吸水量，浓度为能满足使制得的吸附剂中有机胺的负载量为30%?75%。在上述技术方案步骤(1)中，溶液在50?90°C下通常老化5?7天即可得到有机湿气凝胶;有机湿气凝胶最好采取多次浸泡在丙酮溶液中置换出有机湿气凝胶中的水;浸泡的次数一般控制在2?4次。在上述技术方案步骤(1)中，大孔容气凝胶经C02超临界干燥后在惰性气体的保护下优先采取以1?10°C/min的升温速率升温至800?1000°C老化2?3h<X02超临界干燥通常在温度45?65°C，压力8?lOMPa下进行。所述惰性气体可以是氮气、氦气、氩气中的一种，为降低制备成本，优先选择氮气。在上述技术方案步骤(2)中，大孔容炭气凝胶与有机胺溶液混匀，通常采取在室温下自然瞭干9?12h后，再在55?65°C下干燥3?6h。在上述技术方案步骤(1)中，所述丙酮溶液优选丙酮体积分数不低于50%的丙酮溶液，配制丙酮溶液的溶剂为水;所述碱性催化剂可选用碳酸钠或碳酸钾，优选碳酸钠。在上述技术方案步骤(2)中，所述有机胺溶液中的有机胺优选四乙烯五胺、聚乙烯亚胺和二乙烯三胺中的一种;溶剂可选自甲醇和乙醇，优选乙醇。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术特点:1、本专利技术的方法通过控制炭气凝胶的制备条件，通过调节间苯二酚与催化剂的质量比控制溶胶粒子的尺寸，制备出了孔容高达4.0mL/g的炭气凝胶。以超大孔容炭气凝胶为载体，可容纳更多的有机胺，在较大的有机胺负载量下，制备的C02吸附剂仍能保持较大的孔隙率，并提高了有机氨的分散度，有利于提高胺基利用效率。2、本专利技术的方法首次以超大孔容炭气凝胶为载体，浸渍负载有机胺制备了一种新型的负载型有机胺C02吸附剂，该吸附剂在75°C、C02体积分数为10%的条件下C02吸附容量高达 4.0mmol/g。3、本专利技术的方法保证C02吸附剂具有大的吸附容量的同时工艺简单，操作容易，制备重现性好，制备成本低，有利于工业化生产。4、采用本专利技术的方法制备的新型负载型有机胺⑶2吸附剂，吸脱附速度快，在5min内可以达到饱和吸附量的85?95%。0)2吸附饱和后，在N2的吹扫下，以5°C/min的升温速度升温至105°C，在20min内可脱附完全。5、采用本专利技术的方法所制备的基于炭气凝胶的负载型有机胺⑶2吸附剂易再生，且再生后吸附能力不下降，75°C吸附/105°C解吸5次其吸附性能没有明显下降。【附图说明】图1是实施例1?4制备出的炭气凝胶氮气吸脱附曲线。图2是实施例1?4制备出的炭气凝胶BJH模型孔径分布图。图3是实施例5?8制备出的基于炭气凝胶的负载型有机胺C02吸附剂吸附容量柱状图。图4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于炭气凝胶的负载型有机胺CO2吸附剂，其特征在于以大孔容炭气凝胶为载体，带有氨基官能团的有机胺均匀负载于炭气凝胶的孔道中，其比表面积为850～1200m2/g，孔容为2.0～4.0mL/g。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇军，陈亮，程琰，罗德明，尹华强，
申请(专利权)人：四川大学，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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