CO2吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种CO2吸附剂及其制备方法，该吸附剂为经过醇胺化合物进行表面改性的活性炭，其在高温下也具有较高的CO2吸附容量。

CO2 adsorbent and preparation method thereof

The invention provides a CO2 adsorbent and a preparation method thereof, which is an activated carbon which is modified by an alcohol amine compound and has a high CO2 adsorption capacity at high temperature.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于吸附剂
，具体涉及一种CO2吸附剂及其制备方法。
技术介绍
二氧化碳(CO2)过量排放使区域生态环境系统中碳含量失衡引起全球变暖，对社会和经济发展产生恶劣的影响。另外，在很多领域，例如医疗、食品领域、防空设施中也需要对二氧化碳进行有效地吸附。活性炭是一种多孔性的含炭物质，它具有高度发达的孔隙构造，具有很高的比表面积，是一种极优良的吸附剂和催化剂载体。而其吸附作用是通过物理性吸附力与化学性吸附力达成。其组成物质除了炭元素外，尚含有少量的氢、氮、氧等元素，其结构则为炭形成六环物堆积而成。由于六环炭的不规则排列，使得活性炭具有多微孔体积及高表面积的特性。活性炭被用于二氧化碳的吸附，但是通常吸附容量较低且吸附选择性差。我国城市生活垃圾的年产量高达1.8亿吨，城市人均垃圾年产量约为440公斤，且每年以超过10％的速度迅猛增加，预测到2030年，中国城市生活垃圾年产量将达到4.09亿吨。大中城市，尤其是特大城市的人均垃圾产生量相对较高，其增长速率到达20％左右。如果对这些垃圾不能妥善的处理和处置，那其中的有毒有害物质(重金属、病原微生物等)就会通过一定的环境介质如土壤、大气、地表或地下水进入生态系统中并形成污染。这不仅会破坏生态环境，导致不可逆的生态变化，而且还会对动植物安全以及人类的健康造成危害。目前垃圾处理只能通过焚烧处理来减少垃圾容量。焚烧处理法会产生二噁英等各种危害环境的污染物质，安全的垃圾焚烧处理设备价格高、投资规模大，焚烧处理只能通过处理费用来维持运营，一般垃圾中树脂、塑料类占10％左右，剩下的就是餐厨、纸、木片等。如果能够将垃圾产生的活性炭加以利用，则能够大幅降低吸附剂的成本，同时能够使垃圾得到资源化利用。CN103949214A公开了一种以中药渣为原料的重金属吸附活性炭，其是将中药渣按根茎残渣质量百分含量分类后分别经高温炭化及水蒸汽活化，再混合后与过氧化氢进行氧化反应，然后经甲基丙烯酸进行改性及利用交联剂固化，最后烘干、粉碎制备而成。CN104150480A公开了一种吸附重金属用超高比表面积活性炭的制备方法，通过将生物质原料干燥、粉碎至60～100目后放入微波反应器中，通入N2，控制微波功率、碳化温度进行微波碳化，微波碳化50～100min后，冷却得炭化料。取炭化料与有机醇盐活化剂按1:1～10的质量比研磨混合均匀后，放入气氛炉中升温至800～1000℃并保温100～300min，冷却至室温取出，经盐酸洗后，再水洗至中性，干燥，即得活性炭。CN103203220A公开了一种二氧化碳吸附剂，其采用如下方法制备：(1)苯胺与Y型分子筛进行聚合反应，得到固体颗粒；(2)步骤(1)所述固体颗粒在惰性气体条件下进行碳化反应，得到二氧化碳吸附剂。CN103240050A公开了一种用于二氧化碳的吸附剂，包括包含二价第一金属(M1)、三价第二金属(M2)和具有约2.0-约4.0的电负性的元素(A)的复合金属氧化物。所述复合金属氧化物可具有无定形结构。CN102413920A公开了一种气体中的二氧化碳的回收方法，其中通过使气体中的二氧化碳吸附在混合有吸附剂和氧化铁纳米粒子的混合吸附剂中，对所述混合吸附剂照射微波，使吸附在所述混合吸附剂中的所述二氧化碳从所述混合吸附剂中解吸，从而回收从所述混合吸附剂中解吸的所述二氧化碳。CN101543762公开了一种二氧化碳吸附剂，包括100重量份的活性炭，和10-60重量份的胺类物质，所述胺类物质均匀吸附于活性炭表面。然而，在上述文献和其它现有技术中，使用的活性炭类吸附剂在高温下吸附容量较低，通常仅仅在低温下使用，并且CO2吸附选择性比较差，本领域亟需一种在高温下具有较高吸附容量且选择性高的CO2吸附剂。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术人经过深入和系统研究，分析了生物质衍生活性炭吸附的特性和CO2的吸附机理，对活性炭进行了表面改性，使得在较高温度下仍具有较高的CO2吸附容量，同时吸附性选择性比较高。在本专利技术的一方面，提供了一种CO2吸附剂，该CO2吸附剂为表面用醇胺化合物进行处理的活性炭，其中以吸附剂的总重量计，胺化合物的含量为2-10重量％。优选地，所述活性炭为衍生自生物质的活性炭。优选地，所述活性炭的中孔孔体积占总孔体积的5-10％，大孔孔体积占总孔体积的90-95％。这样的大孔体积分布，特别有利于对CO2的选择性吸附。在一个优选实施方式中，所述生物质为垃圾。就本专利技术而言，所述吸附剂具有良好的CO2高温吸附容量。优选地，该吸附剂在60℃具有25-30ml/g，优选29ml/g的CO2吸附容量。优选地，该吸附剂在80℃具有20-25ml/g，优选24ml/g的CO2吸附容量。在本专利技术的另一方面，提供了制备前述CO2吸附剂的方法，其通过将活性炭的表面进行改性处理制得。优选地，所述处理为用醇胺化合物进行处理。在一个特别优选的实施方式中，在用醇胺化合物对活性炭表面进行处理之前，用NH3对活性炭表面进行处理。更优选地，所述活性炭通过生物质衍生获得。所述生物质可以为垃圾，优选为有机质含量≥80重量％的垃圾，例如加工农产品废弃物(例如水果皮)，或者为城市生活垃圾。所述活性炭优选来自垃圾的高温蒸馏炭化处理工艺。本领域普遍认为，由垃圾获得的炭材料(活性炭)由于孔结构不合理，不能用作CO2吸附剂，更不可能用作高温CO2吸附剂，CO2吸附剂所用的活性炭通常都是高品质的专用活性炭，一般认为由垃圾获得的炭材料只能用于品质要求不高的普通吸附应用。本专利技术人经过大量研究发现，如果将所述活性炭进行合理的改性处理，制得的改性活性炭可以用于CO2吸附剂的制备。所述改性处理可通过包括以下步骤的方法进行：(1)将垃圾高温蒸馏炭化制得的活性炭在CO2和N2的混合气体中进行加热，其中CO2在混合气体中的含量为60-70v.％，混合气体流速为300-1000mL/s，加热温度为700-800℃，优选720℃，加热时间为3-5h，优选3.5h，然后以2-10℃/min的冷却速率冷却至室温；(2)将步骤(1)得到的活性炭置于石英容器中，将该石英容器放置在水平电炉中，然后通入氨气(NH3)，NH3流速为200-500mL/s，加热温度为600-750℃，优选650℃，加热时间为1-3h，优选2h，然后切换至氮气气氛，以15-30℃/min的冷却速率冷却至室温；(3)然后用20-30wt.％的醇胺水溶液浸渍步骤(2)得到的活性炭产物，浸渍时间为1-3h，优选2h，步骤(2)得到的活性炭产物与醇胺溶液的体积比为4:1-2:1，优选3:1，然后在60-90℃下干燥6-24h，优选12h，即得本专利技术的改性活性炭。经测试发现，通过该改性方法制得的活性炭中，大孔体积占总孔体积的90-95％，优选90％以上。BET比表面积为1000-1500m2/g，其中大孔表面积为900-1200m2/g，优选1000m2/g，中孔表面积为100-200m2/g。与改性前的炭材料相比，比表面积和大孔体积明显提高，从而有利于吸附容量和吸附选择性的提高。本专利技术人研究发现，在使活性炭表面吸附醇胺化合物之前，通过用NH3对活性炭进行处理，使得醇胺化合物在活性炭表面吸附的非常牢固，从而使得能够用较少的改性醇胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
CO2吸附剂及其制备方法，该CO2吸附剂为表面用醇胺化合物进行处理的活性炭，其中以吸附剂的总重量计，胺化合物的含量为2‑10重量％。

【技术特征摘要】
1.CO2吸附剂及其制备方法，该CO2吸附剂为表面用醇胺化合物进行处理的活性炭，其中以吸附剂的总重量计，胺化合物的含量为2-10重量％。2.根据权利要求1所述的CO2吸附剂，其中所述活性炭为衍生自生物质的活性炭。3.根据权利要求1或2所述的CO2吸附剂，其中所述活性炭的中孔孔体积占总孔体积的5-10％，大孔孔体积占总孔体积的90-95％。4.根据前述权利要求中任一项所述的CO2吸附剂，其中所述生物质为垃圾。5.根据前述权利要求中任一项所述的CO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩先福，王红军，贺伟力，
申请(专利权)人：新奥生态环境治理有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11