二氧化碳捕捉剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化碳捕捉剂的制备方法及其应用，包括将石墨分散液、有机酸溶液、金属盐溶液和硅溶胶混合，得到有机

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳捕捉剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于碳收集
，具体涉及一种二氧化碳捕捉剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]CO2作为一种丰富而廉价的碳源，已经被利用来生产各种碳源化学产品，如无机、有机和聚合物化学制品，其具有巨大的经济和环境效益。因此，对于燃料燃烧后，CO2捕获是一个比较重要的研究方向，其主要集中用于处理排放的低浓度CO2。
[0003]在电池回收中一般破碎后的电池碎片置于300
‑
800℃温度下加氧热解，促使粘结剂、电解液挥发或分解，从而实现正极材料与集流体的分离。但目前，对于热解产生的温室气体，尤其是CO2，经过除尘和脱酸等处理直接排放，该行为不符合绿色环保生产的要求。为解决该问题，通过添加碳的捕捉材料以及碳回收设备措施，来回收CO2。
[0004]目前，胺基材料化学吸收CO2是常用的CO2回收捕获技术之一，具有选择性高、捕获量大的特点。然而，存在以下问题：1、该方法的材料成本相对较高；2、为了提高CO2捕捉量，通常向载体中加入过量胺基材料，当引入的胺基在支撑载体中占据过多的孔体积时，会减少胺位点的暴露，CO2捕捉效率却降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种二氧化碳捕捉剂的制备方法及其应用，能够改进胺基材料合成并应用于热解回收电池中碳的回收。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提出了一种二氧化碳捕捉剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将石墨分散液、有机酸溶液、金属盐溶液和硅溶胶混合，得到有机
‑
无机复合凝胶；
[0008]S2：将所述有机
‑
无机复合凝胶静置陈化、再干燥，然后在惰性气体和二氧化硫的混合气氛下进行微波碳化处理，得到中间产物；
[0009]S3：所述中间产物经酸洗或碱洗，得到缺陷载体，将所述缺陷载体与胺类物质混合进行超声，干燥后得到所述二氧化碳捕捉剂。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述石墨分散液为石墨粉的醇分散液；所述石墨分散液中，所述石墨粉与醇的固液比为(0.1
‑
20)g：100mL；所述有机酸溶液的质量浓度为1
‑
30％；所述石墨分散液与所述有机酸溶液的体积比为(1
‑
5)：10。优选的，所述有机酸溶液为苹果酸、乙酸、柠檬酸或抗坏血酸的溶液中的至少一种。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，先将所述石墨分散液加入到有机酸溶液中得到溶液A，再向所述溶液A加入金属盐溶液和硅溶胶，得到所述有机
‑
无机复合凝胶；所述金属盐溶液的质量浓度为0.1
‑
10％；所述金属盐溶液与溶液A的体积比为(1
‑
10)：(3
‑
15)。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述石墨粉来自于电池回收中的负极石墨渣经水洗、干燥和球磨所得到的石墨粉，所述石墨粉的粒径<50μm。以电池回收得到的负极石墨来代替载体孔隙调整的材料，可降低捕捉剂的合成成本。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述醇溶液为甲醇、乙醇、乙二醇、二乙醇或丙醇中的一种或几种。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述金属盐溶液为硫酸钠、硫酸铝、硫酸锰、硫酸钴、硫酸镍、硫酸铜、氯化钠、氯化铝或氯化铜的溶液中的至少一种。优选的，所述金属盐溶液由电池回收得到的金属(如铜粉、铝粉)与酸(如硫酸、盐酸)反应制得，或由电池回收产生的废盐水制得。载体的金属骨架材料以电池回收物为原料制备，可降低捕捉剂的合成成本。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述硅溶胶的固含量为3
‑
45wt％；所述硅溶胶的加入量为所述溶液A和所述金属盐溶液总体积的0.1
‑
5％。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述微波碳化处理的温度为100
‑
300℃，处理的时间为3
‑
30min。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述混合气氛中惰性气体和二氧化硫的体积比为(60
‑
100)：(5
‑
40)。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述陈化的时间为6
‑
24h。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述干燥的温度为70
‑
120℃。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述酸洗采用浓度为0.01
‑
1mol/L硝酸、盐酸、硫酸或磷酸中的至少一种。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述胺类物质为丙烯酰胺、二亚乙基三胺、乙醇胺、丙醇胺或异丙醇胺中的至少一种。优选的，所述缺陷载体与胺类物质的固液比为100g：(10
‑
90)mL。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述干燥包括：将所述超声后的物料装入模具中干燥。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述干燥的时间为2
‑
12h。
[0024]本专利技术还提供所述的制备方法制得的所述二氧化碳捕捉剂在处理废旧电池热解废气中的应用。具体地，将所述二氧化碳捕捉剂切割至长柱型，装入捕捉管中，对已经除尘和脱酸处理后的废气进行二氧化碳捕捉，捕捉处理一定时间，进行脱附，回收。优选的，捕捉处理的时间为15
‑
120min；捕捉处理后的二氧化碳捕捉剂在60
‑
70℃下脱附，脱附的气体用过量的碳酸钠溶液吸收。
[0025]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0026]1、不同材料之间协同处理，提升材料的性能：(1)以有机酸作为载体的碳基骨架材料，以金属盐作为载体的金属骨架材料，低温碳化得到碳
‑
金属复合载体，碳与金属盐复合制备得到的载体结构稳定、活性发达、比表面积更大，因此其功能性更佳；(2)由于载体本身的特性决定了其循环、效率的稳定性，利用石墨材料较大的孔隙，来调节大小孔隙比例，提高中大孔隙的比率，而中大孔隙有利于增加胺的负载量，降低小孔隙的负载压力，防止胺堵塞；利用硅溶胶不易老化、高比表面积、强粘性等特点，来提升载体的机械强度，能减少孔隙断裂、塌缩；(3)低温碳化时，利用氮气、二氧化硫协同处理载体，再通过酸洗对载体进行缺
陷处理，缺陷处理后，原先载体孔隙中附着二氧化硫位置空缺出来，载体孔隙中产生大量的结构缺陷，杂原子缺陷可以扩大碳材料的层间间距，降低胺在材料载体中转移限制，提高胺的利用率，从而提升二氧化碳捕捉量。
[0027]2、改进碳化方式可降低合成成本：不同于常规的高温长时间(>500℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳捕捉剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将石墨分散液、有机酸溶液、金属盐溶液和硅溶胶混合，得到有机
‑
无机复合凝胶；S2：将所述有机
‑
无机复合凝胶静置陈化、再干燥，然后在惰性气体和二氧化硫的混合气氛下进行微波碳化处理，得到中间产物；S3：所述中间产物经酸洗或碱洗，得到缺陷载体，将所述缺陷载体与胺类物质混合进行超声，干燥后得到所述二氧化碳捕捉剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述石墨分散液为石墨粉的醇分散液；所述石墨分散液中，所述石墨粉与醇的固液比为(0.1
‑
20)g：100mL；所述有机酸溶液的质量浓度为1
‑
30％；所述石墨分散液与所述有机酸溶液的体积比为(1
‑
5)：10。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，先将所述石墨分散液加入到有机酸溶液中得到溶液A，再向所述溶液A加入金属盐溶液和硅溶胶，得到所述有机
‑
无机复合凝胶；所述金属盐溶液的质量浓度为0.1
‑
10％；所述金属盐溶液与溶液A的体积比为(1
‑
10)：(3
‑
15)。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，李爱霞，谢英豪，张学梅，钟应声，李长东，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司湖南邦普汽车循环有限公司，
类型：发明
国别省市：