氧化铝-分子筛催化剂在催化二氧化碳解吸中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝‑分子筛催化剂在催化二氧化碳解吸中的应用，氧化铝‑分子筛催化剂的制备方法包括以下步骤：将可溶性金属铝盐溶于水中，再加入酸性分子筛的粉末，得到混合液A；对混合液A进行超声处理0.5h以上得到混合液B；加入碱性物质提高混合液B的pH值，使金属铝盐沉淀，然后陈化得到混合液C；对混合液C进行固液分离，干燥和煅烧后得到氧化铝‑分子筛催化剂。与现有技术相比，本发明专利技术的催化剂制备过程工艺简便，原料便宜易得；催化解吸性能优于传统的分子筛催化剂、单一的金属氧化物及其物理混合后的催化剂；催化剂易于分离，稳定性好可重复循环使用；对胺溶液的二氧化碳吸收性能影响小。

Application of alumina molecular sieve catalyst in the desorption of carbon dioxide

The invention discloses the application of the alumina molecular sieve catalyst in the catalytic carbon dioxide desorption. The preparation method of the alumina molecular sieve catalyst includes the following steps: dissolving the soluble metal aluminum salt in the water and adding the powder of the acid sieve to get the mixture A, and the mixture liquid A is ultrasonic treated over 0.5h The mixture B was obtained, the pH value of the mixture B was increased by adding alkaline substance, the metal aluminum salt was precipitated, and then the mixture C was obtained by aging, and the mixture liquid C was separated by solid liquid, and the alumina molecular sieve catalyst was obtained after drying and calcining. Compared with the existing technology, the preparation process of the catalyst is simple, cheap and easy to obtain, and the catalytic desorption performance is superior to the traditional molecular sieve catalyst, the single metal oxide and the catalyst after the physical mixing; the catalyst is easy to separate, and the stability can be repeated on the cyclic use; the carbon dioxide of the amine solution is absorbed. The effect of the performance is small.

【技术实现步骤摘要】
氧化铝-分子筛催化剂在催化二氧化碳解吸中的应用
本专利技术涉及氧化铝-分子筛催化剂在催化二氧化碳解吸中的应用，特别涉及在富二氧化碳的有机胺溶液中催化二氧化碳解吸中的应用。
技术介绍
化石能源的大量使用，产生大量的二氧化碳(CO2)导致全球气候变暖、加剧了温室效应。现有的二氧化碳捕获方法中以有机胺溶液为捕获溶剂的化学吸收法因其吸收速率快、吸收容量大及溶剂可循环使用等优势而受到广泛的关注和研究，是目前应用最广泛的CO2捕集方法。但是阻碍该方法商业化应用的最大瓶颈是，利用传统的热解吸方法去再生富CO2胺溶液时，需要消耗大量的能耗，该过程约占CO2捕获总成本的60％以上(Liangetal.ChineseJournalofChemicalEngineering24.2(2016):278-288)，进而导致胺法捕获碳成本较高。针对富CO2胺溶液再生能耗高的问题，Idem、梁志武等人提出向其中添加固体酸催化剂的方法来降低富碳胺溶剂再生能耗。梁志武等研究表明在105℃下，向5MMEA中加入H-ZSM-5，γ-Al2O3，及γ-Al2O3和HZSM-5的物理混合物可分别降低其再生能耗18.6％，22.1％和23.7％(Liangetal.AIChEJournal.62(2016):753-65)。但现有的催化剂还不足以降低其再生能耗至较为理想的水平，为进一步减低富CO2胺溶液再生能耗，进而降低CO2捕获成本，提高胺法捕获CO2的实用性。开发设计新型高效的固体催化剂应用于富CO2胺溶液再生过程，具有重大的实际意义。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，通过合成新型的催化剂，进一步降低富CO2胺溶液的再生能耗，从而降低有机胺法捕获CO2的成本。本专利技术的技术方案是，提供氧化铝-分子筛催化剂在催化二氧化碳解吸中的应用，所述氧化铝-分子筛催化剂由氧化铝和分子筛组成，所述分子筛为酸性分子筛；氧化铝-分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性金属铝盐溶于水中，再加入酸性分子筛的粉末，得到混合液A；(2)对混合液A进行超声处理得到混合液B；(3)加入碱性物质提高混合液B的pH值，使金属铝盐沉淀，然后陈化得到混合液C；(4)对混合液C进行固液分离，用水洗涤分离后的固体，然后干燥和煅烧后得到氧化铝-分子筛催化剂。优选地，步骤(1)中，可溶性金属铝盐与酸性分子筛的质量比为1:2-3:1。优选地，步骤(1)中，可溶性金属铝盐与酸性分子筛的质量比为2:1-3:1。优选地，步骤(1)中，所述酸性分子筛为HZSM系列、SAPO系列、MCM系列、SBA系列、H-Beta、HY和HUSY-6分子筛中的一种或几种。优选地，步骤(2)中，超声处理的时间为0.5h以上，优选0.5-2h，使分子筛分散均匀。优选地，步骤(3)中，加入碱性物质提高混合液B的pH值至8-12，更优选10-12。优选地，步骤(3)中，使金属铝盐水解沉淀的时间为2-8h；陈化的时间为6-24h，优选10-16h。优选地，步骤(3)中，碱性物质为氨水、氢氧化钠溶液等。优选地，步骤(4)中，干燥温度为60-200℃，干燥时间为8-36h。优选地，步骤(4)中，煅烧温度为300-800℃，煅烧时间为2-12h。优选地，步骤(4)中，煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为3-5h。HZSM系列的分子筛有HZSM-5、HZSM-35等；SAPO-n系列的分子筛有SAPO-34、SAPO-11等；MCM系列的分子筛有MCM-41、MCM-48等；SBA系列的分子筛有SBA-15、SBA-16等。本专利技术是以超声辅助的沉淀法合成上述催化剂，主要过程是：将适量的铝盐溶于去离子水中，再加入一定量的酸性分子筛粉末，得到混合液A；对混合液A进行超声处理使得两种物质进行充分的混合，得到混合液B；向混合溶液B中加入氨水(或其他碱性物质-如氢氧化钠)调节其pH值在特定范围，将混合液进行水解沉淀及在室温下陈化一段时间得到混合液C；对混合液C固液分离，然后对固体(如用去离子水)洗涤，然后在特定温度及时间下干燥和煅烧后得到目标产物催化剂Al2O3-MSC。本专利技术的催化剂可表示如下：Al2O3-MSC，其中MSC表示分子筛催化剂(Molecularsievecatalysts)。该催化剂Al2O3-MSC用于传统的有机胺溶剂捕获CO2工艺中富胺再生过程，可极大的降低再生能耗。其主要原因在于，富含二氧化碳的胺溶液解吸过程既需要碱性位点，也需要酸性位点。两性氧化物Al2O3可提供反应所需的大量碱性位点，同时也可提供少量的反应所需的酸性位点；而酸性分子筛可提供大量的反应所需的酸性位点，二者结合在一起，很好的体现了催化反应的协同作用。此外，通过适量的碱性处理，可增强微孔分子筛的介孔性能，而催化剂的介孔性能对催化解吸反应十分有利。与现有技术相比，本专利技术具有如下技术优势和有益效果：(1)催化剂制备过程工艺简便，原料便宜易得。(2)催化解吸性能优于传统的分子筛催化剂、单一的金属氧化物及其物理混合后的催化剂。(3)催化剂易于分离，稳定性好可重复循环使用。(4)对胺溶液的二氧化碳吸收性能影响小。附图说明图1表示实施例1中催化剂的X射线衍射谱图。图2表示实施例1中催化剂的红外光谱谱图。图3表示实施例1中催化剂的氮气吸附-脱附等温曲线。图4表示富CO2胺溶液间歇式解吸装置示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：Al2O3-HZSM-5分子筛催化剂将80g的硝酸铝水合物Al(NO3)3·9H2O溶于去离子水中得到0.5mol/L的水溶液，再加入5.4gHZSM-5粉末，得到混合液A；对混合液A进行超声处理0.5h使得两种物质进行充分的混合分散，得到混合液B；向混合溶液B中加入氨水NH3·H2O使其在碱性条件下水解沉淀，室温下陈化4h得到混合液C；对混合液C进行洗涤，过滤，然后在110℃下干燥14h，最终将样品置于马弗炉中，450℃下煅烧4h，得到目标产物催化剂Al2O3-HZSM-5，其中Al2O3和HZSM-5的质量比为2：1，简写标记为Al-ZSM2/1。对比例1：Al2O3催化剂作为对比，合成Al2O3催化剂，其合成过程除了在第一步中不加入HZSM-5，其他和上述实施例1的方法相同。图1和图2分别为实施例1的催化剂X射线衍射谱图和红外光谱谱图。由图1可以看出，相比于单一的分子筛催化剂HZSM-5，催化剂Al-ZSM2/1上出现了Al2O3的衍射峰强度(2θ＝45.7和66.7°)，表明HZSM-5和Al2O3较好的进行了结合。由图2可知，相比单一催化剂HZSM-5，催化剂Al-ZSM2/1上出现了Al2O3的红外光谱峰1384cm-1，同样证实了两种物质的较好化学键合。图3是实施例1中的催化剂的氮气吸附-脱附等温曲线，可以发现Al-ZSM2/1和Al2O3有着相似的曲线，是典型的IV型曲线，且有着明显的脱附回滞环，表明得到的催化剂Al-ZSM2/1为有序的介孔材料。此外，相对于HZSM-5，催化剂Al-ZSM2/1的介孔得到大大增加。BET比表面积测定，得到所制备的催化剂Al-ZSM2/1的比表面积为285.6m2/g，介孔比表面积为240.8m2/g，孔容为0.31cm3/g，孔径为4.46本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氧化铝‑分子筛催化剂在催化二氧化碳解吸中的应用，其特征在于，所述氧化铝‑分子筛催化剂由氧化铝和分子筛组成，所述分子筛为酸性分子筛；所述氧化铝‑分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性金属铝盐溶于水中，再加入酸性分子筛的粉末，得到混合液A；(2)对混合液A进行超声处理得到混合液B；(3)加入碱性物质提高混合液B的pH值，使金属铝盐沉淀，然后陈化得到混合液C；(4)对混合液C进行固液分离，用水洗涤分离后的固体，然后干燥和煅烧后得到氧化铝‑分子筛催化剂。

【技术特征摘要】
1.氧化铝-分子筛催化剂在催化二氧化碳解吸中的应用，其特征在于，所述氧化铝-分子筛催化剂由氧化铝和分子筛组成，所述分子筛为酸性分子筛；所述氧化铝-分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性金属铝盐溶于水中，再加入酸性分子筛的粉末，得到混合液A；(2)对混合液A进行超声处理得到混合液B；(3)加入碱性物质提高混合液B的pH值，使金属铝盐沉淀，然后陈化得到混合液C；(4)对混合液C进行固液分离，用水洗涤分离后的固体，然后干燥和煅烧后得到氧化铝-分子筛催化剂。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤(1)中，可溶性金属铝盐与酸性分子筛的质量比为1:2-3:1。3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤(3)中，所述碱性物质为氨水或氢氧化钠。4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志武，张晓文，刘贺磊，童柏栋，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43