二氧化碳吸附剂及其制备方法、使用方法技术

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、使用方法。所述制备方法包括以下步骤：将纳米氧化铝粉末加入到胺类物质的溶液中，搅拌混合、浸渍，在室温下蒸发4小时‑6小时，得到蒸发后的固体；对所述蒸发后的固体在55℃‑65℃下干燥4小时‑6小时，得到所述二氧化碳吸附剂。本发明专利技术制备的二氧化碳吸附剂具有制备方法简便且成本较低、对二氧化碳的吸附能力强、在二氧化碳气流中再生性能稳定等多重优点。

Carbon dioxide adsorbent and its preparation method and application method

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳吸附剂及其制备方法、使用方法
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、使用方法。
技术介绍
随着大量化石燃料(如石油、煤炭)的消耗，越来越多的二氧化碳被排放到环境中，使得全球的二氧化碳浓度急剧上升，导致全球气候变暖。世界各国在巴黎协定中承诺到2050年将全球气候变暖控制在2℃以下，二氧化碳累积减排量达82％，而中国承诺在2030年时控制二氧化碳的排放量达到峰值。然而，二氧化碳排放量的控制并非易事，在能源结构未发生根本性改变以及社会经济还需大力发展的前提下，要达到二氧化碳减排的目标，二氧化碳捕获封存是唯一途径。目前的二氧化碳捕获技术可以分为化学吸附法、膜分离法、物理吸附法、低分分离法等。其中化学吸附法是应用最广泛也最成熟，如最常用的液氨吸收法。然而液氨吸附法存在能耗高，再生难、腐蚀设备等缺点，需要寻找新的吸附技术进行替代。利用固态胺类吸附剂对二氧化碳进行捕获是近年来兴起的新技术，其具有吸附温度低，吸附能量消耗小、设备投入少等优势。固态胺类吸附剂一般是将活性固态胺分散到多孔材料中进行合成。常见的多孔材料包括有机框架材料、高分子多孔聚合物、介孔二氧化硅等。采用这些多孔材料制成的固态胺类吸附剂，虽然对二氧化碳具有一定的吸附性能，但是要么制备成本过高、导致无法真正实现产业化推广应用，要么在二氧化碳气流中再生容易形成尿素链或尿素环，导致性能变差、难以维持高稳定性。因此，实有必要对现有的二氧化碳吸附剂进行改进以克服上述问题。
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、使用方法，以解决现有的二氧化碳吸附剂制备成本过高、在二氧化碳气流中再生性能较差，难以产业化应用的问题。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：浸渍：将纳米氧化铝粉末加入到胺类物质的溶液中，搅拌混合、浸渍，在室温下蒸发4小时-6小时，得到蒸发后的固体；干燥：对所述蒸发后的固体在55℃-65℃下干燥4小时-6小时，得到所述二氧化碳吸附剂。优选地，在所述浸渍的步骤中，在室温下蒸发5小时，得到所述蒸发后的固体；在所述干燥的步骤中，将所述蒸发后的固体置于真空条件下在60℃下干燥5小时，得到所述二氧化碳吸附剂。进一步地，所述胺类物质在所述二氧化碳吸附剂中的负载量为10％-70％；所述胺类物质包括聚乙烯亚胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺中的一种或几种。进一步地，所述制备方法还包括在所述浸渍的步骤之前，合成所述纳米氧化铝粉末；合成所述纳米氧化铝粉末的方法包括以下步骤：反应：向铝酸钠溶液中通入二氧化碳进行反应，至反应体系的pH为9.8-10.3时，停止反应；对停止反应的所述反应体系进行过滤得到沉淀物，对所述沉淀物进行干燥，得到纳米氧化铝前驱物；焙烧：对所述纳米氧化铝前驱物进行焙烧、冷却、研磨，得到所述纳米氧化铝粉末。进一步地，在合成所述纳米氧化铝粉末的方法中，所述反应的步骤为：在室温下，向质量浓度为1％-6％的铝酸钠溶液中，持续通入浓度为15vol.％-40vol.％、流量为每升铝酸钠溶液400mL/min-2000mL/min的二氧化碳进行反应。进一步地，在合成所述纳米氧化铝粉末的方法中，所述焙烧的步骤为：对所述纳米氧化铝前驱物在400℃-500℃下焙烧3小时-5小时。进一步地，所述制备方法还包括在所述浸渍的步骤之前，配制所述胺类物质的溶液；配制所述胺类物质溶液的步骤为：将所述胺类物质与有机溶剂进行混合、搅拌，得到所述胺类物质的溶液，其中，所述胺类物质与所述有机溶剂的质量比为1:10-1:250。可选地，在配制所述胺类物质溶液的步骤中，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或丙酮中的一种或几种的混合溶剂。第二个方面，本专利技术还提供一种如第一个方面所述制备方法制得的二氧化碳吸附剂，所述二氧化碳吸附剂包括基体以及负载在所述基体上的活性物质，所述基体为所述纳米氧化铝粉末，所述活性物质为所述胺类物质。第三个方面，本专利技术还提供一种如第一个方面所述的制备方法制得的二氧化碳吸附剂的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：吸附二氧化碳：所述二氧化碳吸附剂用于在30℃-110℃的条件下、15vol.％-100vol.％的二氧化碳气流中吸附二氧化碳，所述二氧化碳吸附剂对二氧化碳的吸附量大于或者等于140mg/g。进一步地，所述使用方法还包括在吸附二氧化碳的步骤后，对所述二氧化碳吸附剂进行再生；所述再生的步骤为：在120℃-165℃的条件下、二氧化碳的气流中，对所述二氧化碳吸附剂进行加热再生。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术制备的二氧化碳吸附剂具有制备方法简便且成本较低、对二氧化碳的吸附能力强、在二氧化碳气流中再生性能稳定等多重优点。首先，本专利技术的制备方法中，通过将胺类物质浸渍在纳米氧化铝基体上的方式，实现固体胺类二氧化碳吸附剂的制备。由于这一制备过程并不需要像使用有机框架材料、高分子多孔聚合物等多孔材料时进行复杂的结构设计，也不需要添加模板剂或表面活性剂等试剂，制备过程相对简单、便捷，而且经济环保，可以广泛应用于二氧化碳气体的捕获。其次，通过本专利技术制备方法制得的二氧化碳吸附剂能够在维持较高的二氧化碳吸附能力的基础上，显著提高吸附剂在二氧化碳气流中再生的稳定性，这是相关技术中二氧化碳吸附剂难以同时兼具的性能。由于本专利技术的二氧化碳吸附剂能够兼具对二氧化碳的吸附能力和吸附剂本身的再生能力，因此能够极大地提高该二氧化碳吸附剂的寿命和长期循环吸附性能，可以进一步支持该二氧化碳吸附剂在工业上的应用。附图说明图1是本专利技术实施例1合成的纳米氧化铝的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1中二氧化碳吸附剂的循环稳定性图。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。本专利技术实施例提供一种固态胺类的二氧化碳吸附剂，用于对二氧化碳气体进行吸附、捕获。相关技术中的二氧化碳吸附剂，多采用有机框架材料、高分子聚合物、介孔二氧化硅等多孔材料制作而成。其中，有机框架材料和高分子聚合物可以通过精确的设计得到结构性能优良的多孔材料，但是其复杂的设计过程及制备过程、以及制备过程中需要使用的大量试剂都导致了较高的制作成本，使得此类多孔材料制备的吸附剂难以真正推广到实际应用中。介孔二氧化硅虽具有比表面积大、单位体积容量大、制备成本低等优点，但是使用此类多孔材料制成的固态胺类吸附剂具有较差的再生特性，其在二氧化碳气氛下再生时，会生成尿素链而快速失活，在其他气体中再生时，会使已经捕获的二氧化碳重新被稀释，得不到高纯的二氧化碳加本文档来自技高网...

【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浸渍：将纳米氧化铝粉末加入到胺类物质的溶液中，搅拌混合、浸渍，在室温下蒸发4小时-6小时，得到蒸发后的固体；/n干燥：对所述蒸发后的固体在55℃-65℃下干燥4小时-6小时，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：
浸渍：将纳米氧化铝粉末加入到胺类物质的溶液中，搅拌混合、浸渍，在室温下蒸发4小时-6小时，得到蒸发后的固体；
干燥：对所述蒸发后的固体在55℃-65℃下干燥4小时-6小时，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，在所述浸渍的步骤中，在室温下蒸发5小时，得到所述蒸发后的固体；在所述干燥的步骤中，将所述蒸发后的固体置于真空条件下在60℃下干燥5小时，得到所述二氧化碳吸附剂。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述胺类物质在所述二氧化碳吸附剂中的负载量为10％-70％；所述胺类物质包括聚乙烯亚胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺中的一种或几种。


4.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在所述浸渍的步骤之前，合成所述纳米氧化铝粉末；合成所述纳米氧化铝粉末的方法包括以下步骤：
反应：向铝酸钠溶液中通入二氧化碳进行反应，至反应体系的pH为9.8-10.3时，停止反应；对停止反应的所述反应体系进行过滤得到沉淀物，对所述沉淀物进行干燥，得到纳米氧化铝前驱物；
焙烧：对所述纳米氧化铝前驱物进行焙烧、冷却、研磨，得到所述纳米氧化铝粉末。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在合成所述纳米氧化铝粉末的方法中，所述反应的步骤为：在室温下，向质量浓度为1％-6％的铝酸钠溶液中，持续通入浓度为15vol.％-40vol.％、流量为每升铝酸钠溶液400mL/min-2000mL/min的二氧化...

【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