捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的制备方法，包括载体制备和胺基引入。该介微孔吸附材料用粉煤灰和表面活性剂制备合成多孔材料载体，大大降低了制备成本；在引入胺基过程中，使用超声波对载体进行预处理，增加了载体表面的化学基团，使得更多的胺基化合物引入载体表面，同时在引入过程中超声的协同作用，加速了胺基化合物和硅羟基的化学键合过程，缩短了制备时间。制备出的载体材料具有较大的表面积(可达700m

【技术实现步骤摘要】
捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的制备方法
本专利技术涉及一种二氧化碳吸附剂，尤其涉及一种捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的制备方法。
技术介绍
术语解释：微孔为孔径小于2nm的孔。介孔为孔径在2-50nm间的孔。介微孔材料是指材料的孔道中既含有介孔孔道也含有微孔孔道的材料，其孔径分布在1-6nm之间。二氧化碳(carbondioxide，CO2)是主要的温室气体，其在燃烧烟气中的体积分数大约为10％–15％。CO2的大量排放对我们的生存环境和人类健康造成重要影响。因此，如何有效控制并减少CO2的排放是21世纪人们所面临的严峻挑战之一。CO2的捕集和存储(carbondioxidecaptureandstorage，CCS)是减少CO2排放的重要技术之一。目前，工业上常用单乙醇胺水溶液(30％质量分数)捕集CO2，但吸收剂对CO2的捕集量仅有～7％(质量分数)，且吸收剂在高温再生过程中设备腐蚀严重、能耗高、溶剂损失量大。近年来基于固体吸附剂的吸附
是目前世界上研究者们的研究热点，尤其是对CO2新型高性能吸附材料的开发制备，一直是各国研究者努力的方向。目前世界上研究者所集中研究的吸附材料有沸石分子筛、介孔硅材料、金属有机骨架化合物、碳纳米管以及以这些材料为载体负载氨基化合物而合成的复合吸附剂等。沸石分子筛、介孔硅材料常常是以表明活性剂为模板剂，利用溶胶-凝胶、乳化等物理化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用在水热处理过程中自组装生成晶体材料，然后通过煅烧去除模板剂后得到多孔固体材料；金属有机骨架化合物则是采用扩散法或者溶剂水热法，由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料；碳纳米管是利用电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD)、定向生长法等方法制备而成的碳材料。这些多孔材料均具有较好的比表面积和物理吸附性能，在室温和高压下对CO2有较好的吸附容量，而在高于室温和常压下，其吸附性能则急剧下降。另外N2的存在对CO2的吸附有较大的影响，存在竞争吸附现象。而以上述材料为载体负载胺基化合物而合成的复合胺基吸附剂则是把胺基通过不同的方式引入载体的孔道内部，由于胺基的存在大大增强了对CO2吸附的选择性和吸附容量。这类复合胺基吸附剂是目前大多研究者研究的热点。如上所述，目前所集中研究的吸附材料有沸石分子筛、介孔硅材料、金属有机骨架化合物、碳纳米管以及以这些材料为载体负载氨基化合物而合成的复合吸附剂等。这些吸附材料均具有制备成本高、制备过程复杂、吸附剂应用范围小等缺点。如沸石分子筛、介孔硅材料、金属有机骨架化合物、碳纳米管等物理吸附材料只在室温和高压条件下，才具备有较好的吸附特性，而且还会受到N2的干扰。复合胺基吸附剂虽然可以在较高温度(一般低于75℃)有较好的吸附效果，但是在室温至40℃的温度范围内往往吸附容量不高。另外此类复合胺基吸附剂随胺基引入载体的方式不同，其缺陷表现亦有不同。嫁接法制备的吸附剂(通过化学反应，将胺基以化学键方式结合于载体内部孔道表面化学基团上)，由于是和孔道表面化学基团结合，因此，受表面基团数量的影响，嫁接的胺基较少，故吸附容量增加较少，但是由于孔径基本不降低，因此吸附扩散速率不受影响。而浸渍法制备的吸附剂(直接将胺基化合物填充于载体孔道内部)可以引入大量的胺基，但是由于填充了大量的胺基化合物，导则吸附剂孔径变小，不利于吸附扩散，使得扩散速率明显降低，影响吸附速率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的制备方法，该介微孔吸附材料制备过程简单、快捷，成本低，具有比表面积高、吸附选择性好、吸附速率快、吸附容量高、吸附适应温度范围广的优点。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：一种捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、载体制备称取一定量的燃煤电厂粉煤灰，将其研磨、筛分后得到粒径20～50μm的颗粒，将其与NaOH按1：1～1：4的质量比混匀，在马弗炉内500℃焙烧60min后取出，经研磨粉碎后按1g粉煤灰/100ml的浓度加入去离子水溶解，并用盐酸调至中性，随后恒温65℃下搅拌2h，再用超声波超声处理3h，所得溶液待用；称取质量为2～3倍于粉煤灰的模板剂，并将其溶于待用溶液中，再加入质量为4倍于粉煤灰的35wt.％浓盐酸，在恒温40℃下搅拌溶解后，加入质量为2倍于粉煤灰的正丁醇，继续恒温40℃下搅拌1h，加入质量为0.5～1倍于粉煤灰的TEOS，并超声处理30min，继续恒温40℃下搅拌24小时，随后将混合溶液在100℃下水热处理24h，并于100℃下通风干燥后得到白色粉末，将白色粉末于空气中550℃下煅烧处理去除模板剂，即得到载体；步骤2、胺基引入称取一定量所述载体，将其按1g/10ml的浓度加入环己烷中，室温下搅拌30min，加入质量为2～3倍于载体的CPTMS，继续搅拌20min，再超声处理3h，然后抽滤并真空干燥16h，得到的样品待用；称取质量为2～4倍于载体的胺基化合物，将其按1g/30ml的浓度加入无水乙醇中，随后超声处理1h，待分散均匀后，加入所述样品，再超声处理2h，最后抽滤出固化物并使用100mL乙醇洗涤两次，再经80℃真空干燥16h，即得到捕集二氧化碳的介微孔吸附材料。作为本方案的一种优选，所述模板剂为P123或F127。作为本方案的一种优选，所述胺基化合物为TEPA、PEHA或PEI。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过制备载体和胺基引入制备一种捕集二氧化碳的介微孔吸附材料，其中，用粉煤灰和表面活性剂制备合成多孔材料载体，相对于现有技术，大大降低了制备成本。2、本专利技术制备过程中不需要将粉煤灰中的硅、铝元素提出进行利用，而是直接以粉煤灰为原料，简化了制备过程。3、在引入胺基过程中，使用超声波对载体进行预处理，增加了载体表面的化学基团(硅羟基Si-OH)，使得更多的胺基化合物引入载体表面，同时在引入过程中超声的协同作用，加速了胺基化合物和硅羟基的化学键合过程，缩短了制备时间。4、制备出的载体材料具有较大的表面积(可达700m2/g左右)，在室温下以物理吸附为主，具有较高的吸附容量，在40-75℃区间时，由于孔道内引入了丰富的胺基基团，吸附以化学吸附为主，依然保持了较高的吸附容量。附图说明图1为实施例1制备的捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的孔径分布图；图2为实施例1制备的捕集二氧化碳的介微孔吸附材料在293、303、313、323、333、343、353K等温度下吸附CO2的穿透曲线图；图3为实施例1制备的捕集二氧化碳的介微孔吸附材料在293、303、313、323、333、343、353K等温度下的等温吸附曲线图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。一种捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、载体制备称取一定量的燃煤电厂粉煤灰，将其研磨、筛分后得到粒径20～50μm的颗粒，将其与NaOH按1：1～1：4的质量比混匀，在马弗炉内500℃焙烧60min后取出，经研磨粉碎后按1g粉煤灰/100ml的浓度加入去离子水溶解，并用盐酸调至中性，随后恒温65℃下搅拌2h，再用超声波超声处理3h，所得溶液待用；称本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、载体制备称取一定量燃煤电厂粉煤灰，将其研磨、筛分后得到粒径20～50μm的颗粒，将其与NaOH按1：1～1：4的质量比混匀，在马弗炉内500℃焙烧60min后取出，经研磨粉碎后按1g粉煤灰/100ml的浓度加入去离子水溶解，并用盐酸调至中性，随后恒温65℃下搅拌2h，再用超声波超声处理3h，所得溶液待用；称取质量为2～3倍于粉煤灰的模板剂，并将其溶于待用溶液中，再加入质量为4倍于粉煤灰的35wt.％浓盐酸，在恒温40℃下搅拌溶解后，加入质量为2倍于粉煤灰的正丁醇，继续恒温40℃下搅拌1h，加入质量为0.5～1倍于粉煤灰的TEOS，并超声处理30min，继续恒温40℃下搅拌24小时，随后将混合溶液在100℃下水热处理24h，并于100℃下通风干燥后得到白色粉末，将白色粉末于空气中550℃下煅烧处理去除模板剂，即得到载体；步骤2、胺基引入称取一定量所述载体，将其按1g/10ml的浓度加入环己烷中，室温下搅拌30min，加入质量为2～3倍于载体的CPTMS，继续搅拌20min，再超声处理3h，然后抽滤并真空干燥16h，得到的样品待用；称取质量为2～4倍于载体的胺基化合物，将其按1g/30ml的浓度加入无水乙醇中，随后超声处理1h，待分散均匀后，加入所述样品，再超声处理2h，最后抽滤出固化物并使用100mL乙醇洗涤两次，再经80℃真空干燥16h，即得到捕集二氧化碳的介微孔吸附材料。...

【技术特征摘要】
1.一种捕集二氧化碳的介微孔吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、载体制备称取一定量燃煤电厂粉煤灰，将其研磨、筛分后得到粒径20～50μm的颗粒，将其与NaOH按1：1～1：4的质量比混匀，在马弗炉内500℃焙烧60min后取出，经研磨粉碎后按1g粉煤灰/100ml的浓度加入去离子水溶解，并用盐酸调至中性，随后恒温65℃下搅拌2h，再用超声波超声处理3h，所得溶液待用；称取质量为2～3倍于粉煤灰的模板剂，并将其溶于待用溶液中，再加入质量为4倍于粉煤灰的35wt.％浓盐酸，在恒温40℃下搅拌溶解后，加入质量为2倍于粉煤灰的正丁醇，继续恒温40℃下搅拌1h，加入质量为0.5～1倍于粉煤灰的TEOS，并超声处理30min，继续恒温40℃下搅拌24小时，随后将混合溶液在100℃下水热处理24h，并于100℃下通风干燥后得到白色粉末，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚敏，喻晓静，苏凤英，王湘湘，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建,35