一种介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及二氧化碳捕集技术领域，特别是涉及一种介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂及其制备方法；制备方法为：以表面活性剂、水、浓盐酸、正丁醇、正硅酸乙酯作为原料，通过水热合成法合成介孔氧化硅；将介孔材料与金属氧化物前驱体物理混合，通过挤出

【技术实现步骤摘要】
一种介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及二氧化碳捕集
，特别是涉及一种介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于化石燃料在工业和生活中的大量使用，CO2的排放量急剧增加。碳捕集、利用与封存(Carbon Capture，Utilization and Storage,CCUS)是应对CO2大量排放的关键技术之一，近年来受到世界各国的高度重视。碳捕集是CCUS中的重要技术，无论是要将CO2利用还是进行贮存，都需要拥有先进的碳捕集技术。而在整个CCUS过程中，碳捕集技术能耗和成本占比最高，因此亟需开发先进的碳捕集技术来实现CO2减排。目前，针对化石燃料燃烧过程的CO2捕集技术有：燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集。燃烧后捕集是对燃烧排放烟气中的CO2进行富集纯化，具有应用场景广、工艺改造小、操作灵活性高等优点。在诸多燃烧后捕集的方法中，化学吸收法脱除CO2具备良好的应用前景，而它需要解决的主要问题之一是开发性能良好的固体吸收剂。
[0003]循环反应是化学吸收技术常用的方式之一，该方法的基本原理是通过金属氧化物碳酸化和去碳酸化的可逆反应对二氧化碳进行捕获。目前，这种捕获方式面临的最大问题是经过多次循环后，吸收剂出现团聚和烧结，阻碍了CO2向颗粒内活性位点的扩散，性能下降较严重。为了缓解吸收剂在循环反应中的团聚和烧结，学者们采用了不同的技术来改良固体吸收剂，主要包括：高温热预处理、水合处理、化学掺杂改性和酸改性等。固体吸收剂在多次循环后的失活，导致需要大量添加吸收剂材料，增加了材料制备的能耗和生产成本。因此，需要开发在长期循环中具有良好稳定性和CO2捕集性能的固体吸收剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是针对
技术介绍
中存在的问题，提出一种介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂及其制备方法，本专利技术将介孔材料与金属氧化物吸收剂物理混合，利用高熔点的惰性介孔材料作为支撑体，将金属氧化物均匀分散，从而减缓吸收剂材料的团聚和烧结。介孔材料是指孔径介于2
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50nm的一类多孔材料，与大孔材料相比它具有较大的比表面积，与微孔材料相比它具有较大的孔体积，同时有序介孔材料具备规则的六方或立方等形态的孔道，有利于CO2气体在吸收剂内部的扩散。
[0005]本专利技术的技术方案，一种介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂，包括以下组分：金属氧化物和介孔材料；
[0006]其中介孔材料质量分数为10～30％；
[0007]金属氧化物的质量分数为70～90％；
[0008]金属氧化物前驱体为碳酸钙、碱式碳酸镁、碳酸镁、氢氧化镁中的一种或多种。
[0009]一种介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂制备方法，包括以下具体步骤：
[0010]S1、使用水热合成法制备CO2吸收剂中的介孔氧化硅；
[0011]S11、将浓盐酸、表面活性剂F127/P123与水混合并搅拌1～2小时；
[0012]S12、将S11中的混合溶液加热至35～45℃，搅拌下加入正丁醇；搅拌1～2小时后，缓慢加入正硅酸乙酯；
[0013]S13、将S12中得到的混合溶液搅拌24小时后，放入水热反应釜，在100～130℃下反应24小时；
[0014]S14、将水热反应后的混合溶液抽滤，再将抽滤得到的固体置于40℃烘箱烘干24小时，得到烘干的粉末；
[0015]S15、将烘干的粉末置于马弗炉中煅烧得到介孔氧化硅粉末；
[0016]S2、使用挤出
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滚圆法造粒；
[0017]S21、将得到的介孔氧化硅粉末与金属氧化物前驱体粉末充分研磨后均匀混合，加入水、乙醇后搅拌，得到面团状黏稠固体，将团状固体置于挤出
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滚圆机的料斗，挤出机转速为300～1000rpm，挤出筛孔直径为0.8mm；
[0018]S22、将挤出获得的长条状固体置于滚圆机中滚圆40秒，滚圆机转速为2500rpm；
[0019]S23、将滚圆后的颗粒置于105℃烘箱烘干24小时后，置于马弗炉中以520～850℃煅烧，得到介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂颗粒。
[0020]优选的，使用挤出
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滚圆法造粒，将介孔材料与金属氧化物前驱体物理混合制备CO2吸收剂。
[0021]优选的，S11中所使用的浓盐酸体积分数为37.5％。
[0022]优选的，挤出机转速为500rpm，挤出筛孔直径为0.8mm；滚圆时间为40秒，滚圆机转速为2500rpm。
[0023]优选的，S11中使用表面活性剂F127合成介孔氧化硅SBA
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16；使用F127合成SBA
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16搅拌过程中的加热温度为35度。
[0024]优选的，S11中使用表面活性剂P123合成介孔氧化硅KIT
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6；使用P123合成KIT
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6搅拌过程中的加热温度为45度。
[0025]优选的，S15中烘干的粉末在马弗炉中以550℃煅烧6小时，升温速率为2度每分钟。
[0026]优选的，滚圆后的CaO基颗粒先以3度每分钟的升温速率升温至350度煅烧3小时，再以5度每分钟的升温速率升温至850度煅烧3小时；滚圆后的MgO基颗粒以10度每分钟的升温速率升温至520度煅烧1小时。
[0027]优选的，S23中马弗炉煅烧的最高温度应比吸收剂去碳酸化反应的温度高30度。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益的技术效果：
[0029]1、本专利技术将介孔材料与金属氧化物机械混合制备CO2吸收剂，介孔材料的掺混极大地增加了金属氧化物吸收剂的比表面积；其次，介孔材料的有序孔道有利于气体在材料中的扩散，促进了对CO2的吸收作用；此外，介孔材料作为支撑体，能将金属氧化物良好地分散，避免多次循环反应后材料的团聚和烧结。
[0030]2、本专利技术中的CaO基吸收剂可应用于500度以上的高温碳酸化反应，MgO基吸收剂可应用于室温至500度的中低温碳酸化反应，因此本专利技术提供的吸收剂材料适用温区较广，可应用于不同的生产条件，例如不同温度工业废气的脱碳处理。CaO基、MgO基吸收剂的天然矿物前驱体石灰石、菱镁矿等储量较大，且生产能耗和成本较低、来源广泛、环境友好，符合
国家双碳目标的要求。
[0031]3、本专利技术制备的吸收剂材料属于固体吸收剂，与胺基吸收法使用的液体吸收剂相比，对设备腐蚀较小、循环反应中产生的废物较少，回收处理简单。对于沉淀法、水热法等制备金属氧化物的方法，经济成本较高且步骤相对繁多；对于熔融碱金属盐改性制备金属氧化物的方法，需要在高压下反应，不适合燃烧后捕集。相比之下，本专利技术采用直接煅烧法，先将介孔材料与金属氧化物前驱体混合，经过煅烧后，得到介孔材料与金属氧化物分散良好的CO2吸收剂，此方法较为简单、经济、绿色。此外，通过煅烧前驱体获得金属氧化物，煅烧过程有助于金属氧化物形成多孔结构，促进了CO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂，其特征在于，包括以下组分：金属氧化物和介孔材料；其中介孔材料质量分数为10～30％；金属氧化物的质量分数为70～90％；金属氧化物前驱体为碳酸钙、碱式碳酸镁、碳酸镁、氢氧化镁中的一种或多种。2.一种介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂制备方法，制备如权利要求1所述的CO2吸收剂，其特征在于，包括以下具体步骤：S1、使用水热合成法制备CO2吸收剂中的介孔氧化硅；S11、将浓盐酸、表面活性剂F127/P123与水混合并搅拌1～2小时；S12、将S11中的混合溶液加热至35～45℃，搅拌下加入正丁醇；搅拌1～2小时后，缓慢加入正硅酸乙酯；S13、将S12中得到的混合溶液搅拌24小时后，放入水热反应釜，在100～130℃下反应24小时；S14、将水热反应后的混合溶液抽滤，再将抽滤得到的固体置于40℃烘箱烘干24小时，得到烘干的粉末；S15、将烘干的粉末置于马弗炉中煅烧得到介孔氧化硅粉末；S2、使用挤出
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滚圆法造粒；S21、将得到的介孔氧化硅粉末与金属氧化物前驱体粉末充分研磨后均匀混合，加入水、乙醇后搅拌，得到面团状黏稠固体，将团状固体置于挤出
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滚圆机的料斗，挤出机转速为300～1000rpm，挤出筛孔直径为0.8mm；S22、将挤出获得的长条状固体置于滚圆机中滚圆40秒，滚圆机转速为2500rpm；S23、将滚圆后的颗粒置于105℃烘箱烘干24小时后，置于马弗炉中以520～850℃煅烧，得到介孔材料为支撑体的CO2吸收剂颗粒。3.如权利要求2所述的介孔材料作为支撑体的CO2吸收剂的制备方法，其特征在于：使用挤出
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滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙镇坤，段伦博，邓帼姝，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：