用于富CO2胺溶液解吸的Fe2O3/ZrO2/SO4制造技术

本发明专利技术公开了一种用于富CO2胺溶液解吸的Fe2O3/ZrO2/SO4

Fe2O3/ZrO2/SO4 for desorption of CO_2-rich amine solution

The invention discloses a Fe2O3/ZrO2/SO4 for desorption of CO2-rich amine solution.

【技术实现步骤摘要】
用于富CO2胺溶液解吸的Fe2O3/ZrO2/SO42--分子筛复合型催化剂制备方法
本专利技术涉及一种用于富CO2胺溶液解吸的Fe2O3/ZrO2/SO42--分子筛复合型催化剂的制备方法，特别涉及用于从有机胺溶剂中解吸CO2的催化剂。
技术介绍
因现代工业中大量使用化石能源，排放出大量的二氧化碳(CO2)，导致很多的环境问题，如温室效应和海平面上升等。现阶段而言，使用有机胺溶液进行CO2燃烧后捕获是最为经济和技术成熟的CO2捕获方法。但是该技术存在富CO2胺溶液再生能耗过高的问题，利用传统的热再生方法再生富碳胺溶液时，其消耗的能耗约占了整个CO2捕获工艺成本的三分之二左右，使得胺法捕获CO2的成本居高不小。针对此一问题，Idem、梁志武等人提出向富碳胺溶液再生过程中加入固体酸催化剂的方法来促进CO2的解吸，进而降低其再生温度和再生能耗。前期研究表明，分子筛、超强固体酸及金属氧化物等催化剂均可促进富碳胺溶液的再生过程。相对于空白的5M单乙醇胺(MEA)溶液再生过程，催化剂的加入可降低其再生能耗15-30％左右(Liangetal.AIChEJournal.62(2016):753-65；Zhangetal.AppliedEnergy202(2017)673–684；Bhattietal.ACSSustainableChem.Eng.2017,5,5862-5868；Liuetal.Industrial&EngineeringChemistryResearch,2017,56(27):7656-7664；Zhangetal.AppliedEnergy218(2018)417–429)。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用于富CO2胺溶液再生过程，具有重大的经济和工业意义。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，通过设计合成新型的复合型催化剂，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，提供一种用于富CO2胺溶液解吸的Fe2O3/ZrO2/SO42--分子筛复合型催化剂的制备方法，所述复合型催化剂是将Fe2O3修饰的超强固体酸催化剂/ZrO2/SO42-负载于载体分子筛上；其制备方法包括以下步骤：(1)将可溶性铁盐和硫酸锆溶解于甲醇溶液中，得到混合液A；(2)将混合液A在50℃条件下加热1h，得到混合液B；(3)将混合液B冷却至室温，加入商业化的分子筛粉末并搅拌5h，得到混合液C；(4)对混合液C进行超声处理0.5h以上得到混合液D；(5)对混合液D进行干燥和煅烧后得到Fe2O3/ZrO2/SO42--分子筛复合型催化剂。优选地，步骤(1)中，氧化铁与氧化锆的的质量比为1:20-1:1。优选地，步骤(1)中，氧化铁与氧化锆的的质量比为1:10-1:2。优选地，步骤(2)中，加热温度为40-80℃。优选地，步骤(2)中，加热处理的时间为1-4h。优选地，步骤(3)中，硫酸锆盐和分子筛的质量比为：1:10-2:1。优选地，步骤(3)中，硫酸锆盐和分子筛的质量比为：1:8-1:1。优选地，步骤(3)中，搅拌时间为5-12h。优选地，所述分子筛为MCM系列、HZSM系列、SBA系列、SAPO系列、H-Beta、HY和HUSY-6分子筛中的一种或几种。优选地，步骤(4)中，超声处理时间为0.5-2h。优选地，步骤(5)中，干燥温度为100-200℃，干燥时间为8-36h。优选地，步骤(5)中，煅烧温度为400-950℃，煅烧时间为2-12h。优选地，步骤(5)中，煅烧温度为500-750℃，煅烧时间为3-5h。MCM系列的分子筛有MCM-22、MCM-41、MCM-48、MCM-50等；HZSM系列的分子筛有HZSM-5、HZSM-12、HZSM-22、HZSM-35等；；SBA系列的分子筛有SBA-3、SBA-15、SBA-16等；SAPO-n系列的分子筛有SAPO-34、SAPO-11等。本专利技术是以超声辅助的浸渍法合成上述催化剂，主要过程是将适量的铁盐和硫酸锆溶于甲醇溶液中，得到混合液A；将混合液A在一定温度下加热处理一段时间，得到混合液B；待混合液B冷却至室温后，再加入一定量的分子筛粉末，并搅拌得到混合液C；对混合液C进行超声处理使得几种物质进行充分的混合，得到混合液D；对混合液D在特定温度和时间下干燥和煅烧后得到目标催化剂，Fe2O3/ZrO2/SO42--分子筛复合型催化剂。本专利技术的催化剂可表示如下：Fe2O3/ZrO2/SO42--MSA，其中MSC表示分子筛催化剂(MolecularSieveCatalyst)。该催化剂Fe2O3/ZrO2/SO42--MSA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CO2的胺溶液解吸过程既需要碱性位点，也需要酸性位点。氧化铁修饰的超强固体酸催化剂Fe2O3/ZrO2/SO42可提供反应所需的酸性位点，同时也可提供反应所需的碱性性位点；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。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，稳定性好可循环使用。(4)对胺溶液的二氧化碳吸收性能无影响。附图说明图1表示实施例1中催化剂的X射线衍射谱图(XRD)。图2表示实施例1中催化剂的X射线光电子能谱分析图(XPS)。图3表示实施例1中催化剂的红外光谱谱图(FT-IR)。图4表示实施例1中催化剂的氮气吸附-脱附等温曲线(BET)。图5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：Fe2O3-SO42-/ZrO2-MCM-41分子筛催化剂将20.3g的硫酸锆水合物Zr(SO4)2.4H2O和3.6g硝酸铁水合物Fe(NO3)3.9H2O溶液甲醇溶液得到0.5mol/L的混合液A；将混合液A在一定温度下加热处理0.5h，得到混合液B；待混合液B冷却至室温后，再加入7g的MCM-41分子筛粉末，并搅拌5h得到混合液C；对混合液C进行超声处理0.5h，使得几种物质进行充分的混合，得到混合液D；对混合液D在在120℃下干燥14h，最终将样品置于马弗炉中，700℃下煅烧3h，得到目标产物催化剂，Fe2O3-SO42-/ZrO2-MCM-41，其中ZrO2和MCM-41的质量比为1:1,Fe2O3和MCM-41的质量比为1:20，简写为SZMF20％。对比例1：SO42-/ZrO2催化剂作为对比，合成SO42-/ZrO2(SZ)催化剂，其合成过程除了不加入Fe(NO3)3.9H2O和MCM-41外，其他和上述实施例1的方法相同。图1、图2和图3分别为实施例1的催化剂X射线衍射谱图、X射线光电子能谱分析图和红外光谱谱图。由图1可以看出，SZMF催化剂存在以下几种特征峰：无定型氧化硅(22.8°),ZrO2(30.6,60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于富CO2胺溶液解吸的Fe2O3/ZrO2/SO42‑‑分子筛复合型催化剂的制备方法，所述复合型催化剂是将Fe2O3修饰的超强固体酸催化剂/ZrO2/SO42‑负载于载体分子筛上；其制备方法包括以下步骤：(1)将可溶性铁盐和硫酸锆溶解于甲醇溶液中，得到混合液A；(2)将混合液A在50℃条件下加热1h，得到混合液B；(3)将混合液B冷却至室温，加入分子筛粉末并搅拌5h，得到混合液C；(4)对混合液C进行超声处理0.5h以上得到混合液D；(5)对混合液D进行干燥和煅烧后得到Fe2O3/ZrO2/SO42‑‑分子筛复合型催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于富CO2胺溶液解吸的Fe2O3/ZrO2/SO42--分子筛复合型催化剂的制备方法，所述复合型催化剂是将Fe2O3修饰的超强固体酸催化剂/ZrO2/SO42-负载于载体分子筛上；其制备方法包括以下步骤：(1)将可溶性铁盐和硫酸锆溶解于甲醇溶液中，得到混合液A；(2)将混合液A在50℃条件下加热1h，得到混合液B；(3)将混合液B冷却至室温，加入分子筛粉末并搅拌5h，得到混合液C；(4)对混合液C进行超声处理0.5h以上得到混合液D；(5)对混合液D进行干燥和煅烧后得到Fe2O3/ZrO2/SO42--分子筛复合型催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化铁与氧化锆的质量比为1:10-1:2。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，氧化锆和分子筛的质量比为：1:8-1...

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