一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料及其应用，包括以下步骤：以氯化锆(ZrCl4)和对苯二甲酸(H2BDC)为原料，在DMF溶剂进行溶剂热反应，制备UiO

【技术实现步骤摘要】
一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料及其应用


[0001]本专利技术属于烟气碳捕集与利用领域，特别涉及一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料及其应用。

技术介绍

[0002]全球气候变暖和环境问题日益严峻，据统计分析，每生产1吨水泥熟料产生的CO2超过0.8吨，我国CO2年排放量多年连续超过100亿吨，水泥行业CO2排放仅次于电力行业，约占全国排放总量的15 %。近年来，随着人类对CO2温室气体的关注，碳捕集与利用技术开发成为研究热点，在石化、火电行业已有较多的研究，但在水泥行业发展缓慢。水泥工业烟气CO2排放来源于碳酸盐分解和燃料燃烧，按照窑炉行业排放标准，经过治理后的烟气SO2、NO
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和颗粒物等污染物浓度较火力发电较高，易造成捕集材料和催化剂失效。因此，研发水泥炉窑烟气CO2捕集与利用技术对实现我国碳减排具有重要的现实意义。针对CO2分子特性，将其选择性地捕获与催化加氢，在减少碳排放的同时也将富集的CO2转化为燃料，具有重要的能源、环境和经济效益。
[0003]国内外在CO2捕集和CO2利用两个领域均有广泛的研究，主要针对的火力发电和工业生产中排放的CO2。碳捕集技术可以分为溶剂吸收法、吸附法、膜分离法和深冷分离法等。目前CO2减排技术尚处于研究和工业示范阶段，使用最多的是化学吸收法，该法虽技术成熟，吸收率高，但很多运行中的固有问题始终存在，包括设备腐蚀、溶剂降解、需大量外供热能用于溶剂再生等。此外，水泥烟气中颗粒物的成分以CaO、CaCO3和SiO2为主，颗粒物会引起设备结垢、产品不纯等问题。与吸收法相比，吸附法能耗低、操作简单。在CO2利用技术中，催化加氢制化学品是实现CO2资源化利用的有效途径。其中，乙醇是一种理想产品，既可作为清洁燃料，也是燃料添加剂。2017年，十五部委联合印发《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》，乙醇的需求量大幅度提高，为CO2加氢制乙醇提供了巨大的开发前景。

技术实现思路

[0004]目前尚未开展针对炉窑烟气CO2捕集与利用耦合技术的研究，实现CO2捕集和转化连续生产工艺未见报道。若能制备出一种同时具有CO2吸附和催化加氢转化的耦合材料用于窑炉烟气的CO2捕集与利用，则为工业窑炉行业碳达峰、推进碳中和工作提供一条新思路。同时通过CO2催化加氢制备乙醇，提供了新的再生能源，实现碳的有效循环，势必产生巨大的经济效益和社会效应，成为窑炉烟气CO2减排和利用的主要方向，本专利技术将对技术创造提供新的研究路径。
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料及其应用，以实现在窑炉烟气CO2吸附与催化加氢制乙醇一体化，在碳减排的同时产生能源和经济效益。
[0006]为解决现有技术问题，本专利技术采用的技术方案：
一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料，其为KCuFeZn/UiO
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66耦合材料， UiO
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66: K: Cu: Zn: Fe（质量比）=100: 5
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20: 10: 20: 2。
[0007]一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备载体UiO
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66，氯化锆(ZrCl4)和对苯二甲酸(H2BDC)按1.4: 1（质量）比溶于150mLDMF溶剂中，混合均匀后转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜，放入均相反应器中进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，倾倒出母液，得到白色沉淀，将白色沉淀用DMF和乙醇反复洗涤3
‑
5次，在真空条件下干燥，得到载体UiO
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66；步骤2：将载体UiO
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66材料加入烧杯中，按照质量比为UiO
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66: K: Cu: Zn: Fe=100: 5
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20: 10: 20: 2，加入K、Cu、Zn和Fe的混合盐溶液，接着真空浸渍并进行干燥，得到耦合材料的前驱体；UiO
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66是载体，所以用量较多；Cu作为CO2加氢制乙醇的活性组分，其含量一般小于或等于10%，Zn用于调节组分间的协同作用，含量为20%时催化活性较高；Fe为链增长中心，含量过高会影响产物分布，因此选2%；K为吸附助剂，含量过高会影响活性组分的分散性，过低则效果不明显，因此选5%
‑
20%。
[0008]步骤3：将步骤2得到的耦合材料的前驱体在混合气氛中进行还原处理，得到最终产品。
[0009]步骤1中所述溶剂热反应条件为120 ℃下反应24 h；均相反应器的转速设置为300r/min；真空干燥温度为150 ℃。
[0010]步骤1中真空干燥过程中每隔2 h对干燥箱进行抽真空处理。
[0011]步骤2中所述真空浸渍条件为将盛有载体UiO
‑
66材料和混合盐溶液的烧杯放入真空烘箱中进行抽真空处理，让液体充分进入到载体内部的孔道中。
[0012]步骤2中的入K、Cu、Zn和Fe的混合盐溶液为K2CO3、Cu（NO3）2、Zn（NO3）2、Fe（NO3）3的混合溶液。
[0013]步骤3中所述混合气氛为H2/N
2 (20/30, v/v)混合气；还原处理条件为400
ꢀ°
C下处理30
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60 min。
[0014]一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料的应用，用于窑炉烟气CO2捕集与利用。
[0015]有益效果：与现有技术相比，本专利技术一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料及其应用，具有如下优势：（1）耦合材料由载体、CO2吸附活性位点和催化活性位点构成，具有良好的CO2捕集和催化加氢制甲醇两个功能。（2）将K盐作为吸附助剂，K2CO3对CO2分子具有较高的吸附量和选择性，其吸附产物KHCO3的解吸CO2的温度约为170 ℃
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350 ℃，与催化加氢制乙醇的温度窗口重合；同时将Cu作为活性中心、成醇中心，将CO2加氢转化为甲醇，Zn用于调节组分间的协同作用，Fe为链增长中心，将加氢产物由甲醇转变为乙醇。（3）耦合材料由载体UiO
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66不仅具有超高的比表面积和孔体积用于分散其他组分，其金属配位中心Zr也是CO2加氢反应的活化中心。
附图说明
[0016]图1为本专利技术窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料的制备工艺示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例及对比例对本专利技术做进一步说明。根据下述实施例，可以更
好的理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。
[0018]实施例1（1）氯化锆(ZrCl4)和对苯二甲酸(H2BDC)按照质量比1.4: 1溶于DMF溶剂中，混合均匀，然后转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜，放入均相反应器中，转速设置为300r/min，升温至120 ℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料，其特征在于其为KCuFeZn/UiO
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66耦合材料， UiO
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66: K: Cu: Zn: Fe的质量比=100: 5
‑
20: 10: 20: 2。2.一种如权利要求1所述的窑炉烟气CO2捕集与利用耦合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：制备载体UiO
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66，将氯化锆(ZrCl4)和对苯二甲酸(H2BDC)按质量比1.4: 1的溶于150 mLDMF溶剂中，混合均匀后转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜，放入均相反应器中进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，倾倒出母液，得到白色沉淀，将白色沉淀用DMF和乙醇反复洗涤3
‑
5次，在真空条件下干燥，得到载体UiO
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66；步骤2：将载体UiO
‑
66加入烧杯中，按照质量比为UiO
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66: K: Cu: Zn: Fe=100: 5
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20: 10: 20: 2，加入K、Cu、Zn和Fe的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘怀平，宋正华，许琦，韩奇勋，宋夫交，
申请(专利权)人：昆岳互联环境技术江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：