一种二氧化碳吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及二氧化碳气体的吸附净化技术领域，尤其涉及一种二氧化碳吸附剂及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：合成多孔材料，向铝硅酸钠和硅酸钠的混合溶液中通入二氧化碳进行反应，对反应生成物进行焙烧，得到所述多孔材料，所述多孔材料为Si‑Al多孔材料；负载，在所述多孔材料上负载固态胺活性物质，得到所述二氧化碳吸附剂。该二氧化碳吸附剂具有吸附性能好、稳定性高、制备成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及二氧化碳气体的吸附净化
，尤其涉及一种二氧化碳吸附剂及其制备方法。
技术介绍
目前，在进行烟气二氧化碳捕获以及沼气纯化升级时，常用到液体吸附剂和固态二氧化碳吸附材料。其中，由于固态二氧化碳吸附材料不存在设备腐蚀、胺溶剂稀释、重生困难和重生能耗高等问题，因此更受到欢迎。固态二氧化碳吸附材料主要分为分子筛吸附剂和固态胺吸附剂，其中，分子筛吸附剂的作用机理是物理吸附，固态胺吸附剂的作用机理是化学吸附，故固态胺吸附剂具有更好的二氧化碳吸附能力以及更高的选择性。然而，现有的固态胺吸附剂也存在一定缺点：一是在纯二氧化碳气氛下再生时容易形成尿素链而导致失活；二是制备成本往往较高，特别是固态胺吸附剂中的多孔载体的制备，往往较为复杂，成本居高不下。由此可见，实有必要对现有的固态二氧化碳吸附剂进行改进，以解决其性能不稳定、成本较高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种二氧化碳吸附剂及其制备方法，以解决现有的二氧化碳吸附剂性能不稳定、成本较高的问题。第一个方面，本专利技术提供一种二氧化碳吸附剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：合成多孔材料：向铝硅酸钠和硅酸钠的混合溶液中通入二氧化碳进行反应，对反应生成物进行焙烧，得到所述多孔材料，所述多孔材料为Si-Al多孔材料；负载：在所述多孔材料上负载固态胺活性物质，得到所述二氧化碳吸附剂。进一步地，在所述合成多孔材料的步骤中，反应条件为：将所述铝硅酸钠和所述硅酸钠的混合溶液在25℃-85℃、250rpm-350rpm的搅拌条件下通入所述二氧化碳进行反应，待反应体系的pH为9.0-9.8时停止反应，反应产物经过滤、洗涤、干燥，得到多孔材料前驱体。进一步地，所述二氧化碳的浓度为12vol.％-20vol.％，所述二氧化碳的流量为每升所述铝硅酸钠和所述硅酸钠的混合溶液的800mL/min-4000mL/min。进一步地，在所述合成多孔材料的步骤中，焙烧条件为：将所述多孔材料前驱体置于400℃-550℃、在氧气气氛下焙烧3.5h-4.5h后，冷却、研磨至小于或者等于200目，得到所述多孔材料。进一步地，所述制备方法还包括在所述合成多孔材料之前，进行以下步骤：焙烧：将高岭土与氢氧化钠焙烧以得到焙烧产物；浸出：用水溶解所述焙烧产物以浸出所述铝硅酸钠和所述硅酸钠的混合溶液。进一步地，所述焙烧的步骤为，将所述高岭土与所述氢氧化钠置于500℃-800℃、空气气氛下反应1.5h-3h，其中，所述高岭土与所述氢氧化钠的质量比为1:0.8-1:1.6，所述高岭土中Al2O3与SiO2的质量比为1:1-1:6。进一步地，所述浸出的步骤为，将所述焙烧产物与去离子水按照质量比为1:5-1:20的比例混合，在搅拌的条件下浸出20h-30h后滤去滤渣，得到所述铝硅酸钠和所述硅酸钠的混合溶液。进一步地，所述固态胺活性物质为聚乙烯亚胺，所述负载的步骤为：将所述聚乙烯亚胺与有机溶剂按照1:20至1:200的质量比进行混合，得到聚乙烯亚胺的有机溶液，将所述聚乙烯亚胺的有机溶液负载在所述多孔材料上，得到所述二氧化碳吸附剂；其中，所述溶剂包括甲醇、乙醇或丙酮中的一种或几种的混合溶剂。进一步地，将所述多孔材料加入到所述聚乙烯亚胺的有机溶液中进行分散混合、浸渍，蒸发3.5h-4.5h后，于45℃-55℃条件下干燥4.5h-5.5h。第二个方面，本专利技术还提供一种二氧化碳吸附剂，所述二氧化碳吸附剂通过如第一个方面所述的制备方法制得，所述固态胺活性物质在所述二氧化碳吸附剂中的负载量为10％-50％。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种新型二氧化碳吸附剂及其制备方法，其具有吸附性能好、稳定性高、制备成本低等优点。首先，该二氧化碳吸附剂具体是一种在高岭土基Si-Al多孔材料上有效负载固态胺活性物质的二氧化碳吸附剂，经实验证明，该二氧化碳吸附剂对二氧化碳具有良好的吸附能力，多次循环再生后的吸附能力衰减也较少，具有较强的欢迎适应性，形成的尿素链较少，因此能够很好地兼顾吸附能力与再生能力，具有良好的长期循环稳定性。其次，该二氧化碳吸附剂的制备方法具有制备原料来源广泛、制备方法较简便、使用试剂较少等优点。该制备方法在合成Si-Al多孔材料时，只需要以二氧化碳作为pH调节剂，然后对反应生成物进行焙烧，就可得到相应的多孔材料，没有复杂的模板设计、使用多种试剂的繁复步骤，使得制备方法较简单、使用试剂较少。尤其是本专利技术制备方法中，使用高岭土与氢氧化钠经过焙烧、浸出得到铝硅酸钠和硅酸钠的混合溶液时，高岭土这种原料的来源非常广泛，一方面能够降低本专利技术二氧化碳吸附剂的制备成本，另一方面也为其工业化生产应用提供了原料基础。不仅如此，还可以通过采用不同种类的高岭土作为原料来灵活调节多孔材料的Si/Al质量比，以实现不同的多孔材料性能，进而实现对二氧化碳吸附剂的性能调节。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术实施例的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。另外需要说明的是，本专利技术实施例中使用的高岭土、氢氧化钠、有机溶剂等材料，均可以通过商业购买获得。本专利技术实施例提供一种以高岭土基Si/Al多孔材料为基体合成的固态胺类二氧化碳吸附剂，其用于对二氧化碳气体进行吸附、捕获。相关技术中的固态的二氧化碳吸附剂主要包括分子筛吸附剂和固态胺吸附剂。其中，分子筛吸附剂对二氧化碳采用物理吸附，其对分子大小相近的气体具有普适性的吸附能力，也就是说除了二氧化碳，对于与二氧化碳分子量相近的其他气体也具有吸附能力，可见其对二氧化碳的选择性并不高。此外，分子筛吸附剂对水汽具有较强的吸附性，故在有水汽存在时其优先吸附水蒸气，从而丧失对二氧化碳的吸附能力。因此，比起分子筛吸附剂，固态胺吸附剂更具有使用优势。但相关技术中的固态胺吸附剂往往使用介孔二氧化硅、沸石、高分子聚合物、有机框架材料等材料作为载体来负载固态胺，可是这些材料也存在较为明显的缺陷，一是在纯二氧化碳气氛下再生时，容易形成尿素链而导致失活，二是制备成本往往较高，特别是有机框架材料或高分子聚合物等载体的制备，往往较为复杂，成本居高不下。基于对相关技术的利弊分析，本专利技术提出一种新结构的二氧化碳吸附剂及其制备方法，以有效解决上述问题。本专利技术实施例的二氧化碳吸附剂包括基体以及负载在基体上的固态胺活性物质，其中，基体为Si-Al多孔材料，固态胺活性物质在该二氧化碳吸附剂中的负载量为10％-50％。其中，负载量为10％-50％包括该数值范围内的任一点值，例如负载量为10％、20％、30％、40％或50％。该二氧化碳吸附剂的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n合成多孔材料：向铝硅酸钠和硅酸钠的混合溶液中通入二氧化碳进行反应，对反应生成物进行焙烧，得到所述多孔材料，所述多孔材料为Si-Al多孔材料；/n负载：在所述多孔材料上负载固态胺活性物质，得到所述二氧化碳吸附剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
合成多孔材料：向铝硅酸钠和硅酸钠的混合溶液中通入二氧化碳进行反应，对反应生成物进行焙烧，得到所述多孔材料，所述多孔材料为Si-Al多孔材料；
负载：在所述多孔材料上负载固态胺活性物质，得到所述二氧化碳吸附剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述合成多孔材料的步骤中，反应条件为：将所述铝硅酸钠和所述硅酸钠的混合溶液在25℃-85℃、250rpm-350rpm的搅拌条件下通入所述二氧化碳进行反应，待反应体系的pH为9.0-9.8时停止反应，反应产物经过滤、洗涤、干燥，得到多孔材料前驱体。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳的浓度为12vol.％-20vol.％，所述二氧化碳的流量为每升所述铝硅酸钠和所述硅酸钠的混合溶液的800mL/min-4000mL/min。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述合成多孔材料的步骤中，焙烧条件为：将所述多孔材料前驱体置于400℃-550℃、在氧气气氛下焙烧3.5h-4.5h后，冷却、研磨至小于或者等于200目，得到所述多孔材料。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在所述合成多孔材料之前，进行以下步骤：
焙烧：将高岭土与氢氧化钠焙烧以得到焙烧产物；
浸出：用水溶解所述焙烧产物以浸出所述铝硅酸钠和所述硅酸钠的混合溶液。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张作泰，沈雪华，颜枫，李春艳，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44