二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂、制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂、制备方法与应用。所述二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂包括：气凝胶多孔载体，以及负载于其中的功能性液体。所述制备方法包括：使功能性液体与载液混合，形成均相混合溶液，使二氧化硅气凝胶与均相混合溶液接触，浸置并搅拌混合均匀形成混合体系，之后离心，对所获沉淀物进行干燥，制得二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂。本发明专利技术制备的气凝胶固液复合吸附剂不仅能够更加完好地维持气凝胶的孔结构，并且在64％的负载量下其吸附量达到了4.8mmol/g，提高了功能性液体的胺利用效率，在10次吸脱附循环后仍具有较高的吸附量，提高了CO2吸附剂的应用前景。吸附剂的应用前景。吸附剂的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂、制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种吸附剂，具体涉及一种二氧化硅气凝胶固液复合二氧化碳吸附材料及其制备方法与应用，属于二氧化碳吸附剂


技术介绍

[0002][0003]为了减缓未来由于发电厂和工业过程中的二氧化碳排放造成的气候变化，加强全球对气候变化威胁的反应，除了开发新能源来取代化石燃料之外，国际能源机构(IEA)还开发了二氧化碳捕获和封存技术(CCS)。近年来，研究人员为了对捕获的二氧化碳加以利用，又提出了二氧化碳捕获和利用(CCU)这一技术。目前捕获二氧化碳的方法主要有三种：燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集。其中燃烧后捕集最为常用，主要分为吸收法、低温分离法、膜分离法和吸附法(文献“Chem.Soc.Rev.,2020,49,8584
‑
8686”)。目前工业上已经大规模应用醇胺等液体吸收剂捕获二氧化碳，其具有较大的吸附量，但同时会对设备造成腐蚀且粘度大，难以回收利用等缺陷；低温分离法仅仅适用于CO2浓度较高(>60％)的原料气体；膜分离法设备简单、操作方便、能耗低，但难以得到高纯度CO2以及再生能力差等缺点限制了它大规模工业化应用；为了克服这些缺陷，以碱性活性组分与多孔材料复合为核心的二氧化碳捕集技术得到迅速发展。
[0004]气凝胶具有连续三维纳米多孔网络结构，其极低的热导率、高孔隙率、低密度、大比表面积和大孔容等优异的性能，使之在隔热保温、气体吸附分离、催化和环境保护等领域有着极为重要的应用。胺类物质可以通过适度的相互作用，利用可逆反应选择性地分离二氧化碳，因此成为各种二氧化碳捕获材料中使用最广泛的化学品。但由于大多数有机胺的分子量和流体粘度偏高，而重量容量较低，且吸附CO2后发生相变，因此氨基利用效率极低。
[0005]目前常用的将有机胺活性组分与多孔材料相结合的制备方法主要有嫁接法和浸渍法。嫁接法直接在原位上将氨基基团负载于固体材料中，制备的固态胺吸附剂的氨基分散性、利用率和稳定性较好，但引入的氨基数量有限。(文献“Journal of Porous Materials,2021,28:93
‑
97”)通过在纤维素凝胶骨架上接枝3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷，制备了胺接枝纤维素气凝胶，在干燥的1％CO2条件下达到1.20mmol/g的CO2吸附容量。CN107162007 A提供了一种胺基改性二氧化硅气凝胶的制备方法，制备的气凝胶具有纳米尺寸孔径、孔隙率高、比表面积高等特点，对CO2的吸附效果达到了3.5mmol/g。
[0006]利用分子溶剂降低功能化液体的黏度，将其负载在某种载体(如气凝胶、金属有机框架等)上，从而形成固态杂化材料以增加吸附能力和传质表面积的浸渍法是另一种制备固体吸附剂的技术。浸渍法制备的固液复合吸附剂中有机胺易团聚和挥发，但制备简单、吸附量大。如CN 107321317 A通过配位法将液态有机胺负载到离子交换树脂上，即将离子交换树脂浸渍于甲醇和四乙烯五胺混合液中，利用旋转蒸发仪在5
‑
10_kPa，45℃下真空加热干燥除去甲醇。在吸附温度为65℃，CO2体积浓度为15％时，吸附量可以达到4mmol/g。CN 114950390 A提供了一种整型式CO2吸附剂及其制备方法，直接向环氧树脂和聚乙二醇混合
液中加入有机胺，固化脱模后用水置换并室温干燥制备出吸附剂。当CO2体积浓度为12％时其吸附量达到3.86mmol/g。CN 105478082 A首次以超大孔容炭气凝胶为载体，浸渍负载有机胺是在室温下自然晾干后再在50
‑
65℃下加热干燥下进行的。制备的负载型有机胺吸附剂，该吸附剂在75℃、CO2体积分数为10％的条件下吸附容量达到4mmol/g。
[0007]以上专利提供的浸渍制备方法多采用直接加热干燥或真空加热干燥，这些方法会导致气凝胶骨架坍缩，比表面积以及孔结构剧烈变化，只适用于硅胶、介孔硅等可以抵抗液体挥发的固体结构较强的多孔材料，而气凝胶则面临着载液挥发带来的孔隙收缩造成吸附量下降的风险。至今仍未有人提出一种在气凝胶中负载有机胺等氨基功能化液体的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的在于提供一种二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂及其制备方法，以克服现有技术的不足。
[0009]本专利技术的又一目的在于提供前述二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂的用途。
[0010]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0011]本专利技术实施例提供了一种二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂，其包括：气凝胶多孔载体，以及负载于所述气凝胶多孔载体中的功能性液体，所述气凝胶多孔载体为二氧化硅气凝胶，所述功能性液体包括可吸收CO2的有机胺、功能性离子液体、低共熔溶剂中的任意一种或两种的组合。
[0012]在一些实施例中，所述可吸收CO2的有机胺包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙醇胺、聚乙烯亚胺中的任意一种或两种以上的组合。
[0013]在一些实施例中，所述胺改性离子液体包括氨基酸离子液体、醋酸离子液体、酚盐离子液体中的任意一种或两种以上的组合。
[0014]本专利技术实施例还提供了前述二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂的制备方法，其包括：
[0015]使功能性液体与载液混合，形成均相混合溶液，所述功能性液体包括可吸收CO2的有机胺、功能性离子液体、低共熔溶剂中的任意一种或两种的组合；
[0016]使二氧化硅气凝胶与均相混合溶液接触，浸置并搅拌混合均匀形成混合体系，之后离心，对所获沉淀物进行干燥，制得二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂。
[0017]本专利技术实施例还提供了所述二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂于CO2吸附领域中的应用。
[0018]与现有气凝胶CO2吸附材料制备方法相比，本专利技术的有益效果至少在于：
[0019]1)本专利技术采用的制备的二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂的方法减小了真空加热干燥带来的对气凝胶结构的损害，采用冷冻干燥的方法将功能性液体负载于气凝胶孔内；
[0020]2)本专利技术制备过程中所用的溶剂以及混合溶液都可以通过离心及冷干得到回收利用，大大减少了真空加热干燥带来的巨大能耗以及环境污染，节省了CO2吸附剂的制备成本；
[0021]3)本专利技术制备的二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂的吸附量高，吸附速率快，循环使用稳定性良好，制备过程简单，适于量产。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本专利技术一典型实施方案中二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂的制备流程及作用机理示意图；
[0024]图2a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂，其特征在于，包括：气凝胶多孔载体，以及负载于所述气凝胶多孔载体中的功能性液体，所述气凝胶多孔载体为二氧化硅气凝胶，所述功能性液体包括可吸收CO2的有机胺、功能性离子液体、低共熔溶剂中的任意一种或两种的组合。2.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂，其特征在于：所述可吸收CO2的有机胺包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙醇胺、聚乙烯亚胺中的任意一种或两种以上的组合，优选为四乙烯五胺；和/或，所述功能性离子液体包括氨基酸离子液体、醋酸离子液体、酚盐离子液体中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述低共熔溶剂包括磷酸三丁酯、碳酸亚丙酯、正甲基吡咯烷酮、甲醇、聚乙二醇二甲醚中的任意一种分别与聚乙二醇二烷基醚形成的混合物、氯化胆碱与醇胺的混合物、氯化胆碱与氨基酸的混合物中的任意一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂，其特征在于：所述二氧化硅气凝胶包括亲水型SiO2气凝胶、疏水型SiO2气凝胶中的任意一种，优选为疏水型SiO2气凝胶；和/或，所述二氧化硅气凝胶的比表面积为200～1000m2/g，孔容为2～4cm3/g，平均粒径为1～2μm，平均孔径为14～20nm。4.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂，其特征在于：所述二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂中功能性液体的负载量为30～82％，比表面积为3～300m2/g；和/或，所述二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂在1h内的吸附量为2～5mmol/g，并且在10次吸脱附循环中的吸附量损失小于10％。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述二氧化硅气凝胶固液复合CO2吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：使功能性液体与载液混合，形成均相混合溶液，所述功能性液体包括可吸收CO2的有机胺、功能性离子液体、低共熔溶剂中的任意一种或两种的组合；使二氧化硅气凝胶与均相混合溶液接触，浸置并搅拌混合均匀形成混合体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学同，江昊天，盛智芝，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：