一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备与在直接空气碳捕集中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备与在直接空气碳捕集中的应用，制备方法包括：将四乙烯五胺与聚乙二醇配制成有机混合溶液，在加入SBA

【技术实现步骤摘要】
一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备与在直接空气碳捕集中的应用


[0001]本专利技术属于环境保护和材料化学
，涉及一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备与在直接空气碳捕集中的应用。

技术介绍

[0002]本世纪以来，全球气候变化对人类的生存环境造成了严峻的挑战，各国针对缓解气候变化带来的影响提出了积极的应对措施。
[0003]传统的碳捕集与封存技术(Carbon capture and storage，CCS)存在着设备腐蚀率高、再生能耗高、局限于耦合已有定点排放源等缺点，而直接空气捕获(Direct air capture，DAC)不仅避免了烟气碳捕集存在的缺陷，还不受储存地点和CO2运输的限制，能够有效降低碳捕集成本，同时节约生态与土地资源。固态胺吸附剂由于对二氧化碳的高度选择性，低成本以及强大的稳定性而受到广泛的关注，然而现有的性能依旧无法满足大规模应用的需求。因此，本专利技术采用引入添加剂的方式提升固态胺性能，为直接空气碳捕集吸附剂的发展提供策略。
[0004]中国专利CN106732410A公开了一种氨基改性的硅基二氧化碳吸附剂的制备方法，包括亚临界嫁接改性和超声浸渍改性两步；将反应溶剂、氨基有机硅烷加入烧杯中，匀速搅拌，再加入硅基载体，室温下继续搅拌，将混合物转移到高压反应釜内，加热处理后对固体产物进行抽滤，并用无水乙醇和水各冲洗两次，干燥后得到有机硅烷改性的硅基材料；将无水甲醇和有机胺改性剂加入烧杯中匀速搅拌，再加入上述有机硅烷改性的硅基材料，用塑料薄膜密封后继续搅拌，然后微波振荡，去掉封口薄膜继续搅拌至甲醇挥发完毕，干燥后得氨基改性的硅基二氧化碳吸附剂。利用该方法制备的二氧化碳吸附剂具有较高的二氧化碳吸附能力，较好的吸附稳定性，能够比较高效地对二氧化碳进行捕集。但是该技术方案还存在二氧化碳吸附效率低，再生温度高等缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是提供一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备与在直接空气碳捕集中的应用，具有二氧化碳的高效吸附与低温解吸脱附效果，脱附再生温度可以降至80℃。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]目前，CCS主要利用乙醇胺(Ethanolamine，MEA)溶液和固体多孔吸附剂对CO2进行捕集。其中MEA存在着再生温度高、溶剂损失大、胺挥发等问题。而另一种利用固体多孔吸附剂的方式，其物理吸附方式导致在极低CO2浓度的环境空气中捕获能力低。介孔材料SBA
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15能够给有机胺提供多孔载体，从而避免上述两种方式的缺陷，为一种吸附量高、吸附速率快、胺效率高、再生温度低、稳定性良好的固体吸附剂提供了可行的方案。添加剂则能够针对性的弥补固态胺吸附剂的缺陷。
[0008]一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备方法，包括：将四乙烯五胺(Tetraethylenepentamine,TEPA)与聚乙二醇(Polyethylene Glycol，PEG)配制成有机混合溶液，在加入SBA
‑
15，浸渍搅拌，即得到聚乙二醇改性固态胺基吸附剂。
[0009]进一步地，所述的四乙烯五胺与聚乙二醇的质量比为(3～5):1。
[0010]进一步地，所述的四乙烯五胺与聚乙二醇的总质量，与SBA
‑
15质量之比为(0.8～1.2):1。
[0011]进一步地，浸渍搅拌过程中，浸渍温度为室温，浸渍时间为4
‑
8h。
[0012]进一步地，所述的有机混合溶液中，所用有机溶剂为甲醇。
[0013]进一步地，所述的甲醇用量为18
‑
22mL/g四乙烯五胺、聚乙二醇的总质量。
[0014]进一步地，所述的SBA
‑
15的制备方法包括以下步骤：
[0015]S1：将Pluronic P123加入至盐酸溶液中，混合均匀得到表面活性模板剂溶液；
[0016]S2：将表面活性模板剂溶液与硅酸四乙酯混合均匀，再加热搅拌，后高温静置，最后取沉淀物，煅烧即得到SBA
‑
15。
[0017]进一步地，步骤S1中，所述的盐酸溶液由水和12.1M盐酸混合而成，其中Pluronic P123与水的质量比为1:(25
‑
30)，12.1M盐酸用量为3
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6mL/g Pluronic P123；
[0018]步骤S2中，所述的表面活性模板剂溶液与硅酸四乙酯的投料比为12mg:23.3mg；加热搅拌过程中，搅拌温度为35～45℃，搅拌时间为18～24h；高温静置过程中，结晶温度为100～110℃，时间为22～26h；煅烧过程中，煅烧温度为500～600℃，煅烧时间为10～14h。
[0019]一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂，采用如上所述的方法制备而成。
[0020]一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的应用，包括将所述的聚乙二醇改性固态胺基吸附剂用于吸附空气中的CO2。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0022]1)本专利技术首先将四乙烯五胺和聚乙二醇以一定比例混合得到混合有机溶液，再采用浸渍的方法使胺与添加剂(聚乙二醇)负载在SBA
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15载体的表面及孔道中。所得聚乙二醇改性固态胺基吸附剂可以用于直接从空气中捕集二氧化碳。使用该方法制备的聚乙二醇改性固态胺基吸附剂，具有吸附量高、胺效率高、再生温度低、稳定性良好、制作工艺简单和成本低等特点；
[0023]2)通过浸渍的方式使固态胺粘附在SBA
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15上，由于不涉及粉末或颗粒，固态胺能均匀、稳定地与SBA
‑
15结合，固体吸附剂机械强度高，使用寿命长；
[0024]3)由于固态胺的化学吸附机理，固体吸附剂对CO2有较高的吸附选择性，水蒸气的存在不仅不会破坏吸附剂结构，反而能增大吸附容量，抑制胺的降解；
[0025]4)由于固体吸附剂中的添加剂与胺的协同作用，聚乙二醇改性固态胺基吸附剂比单纯加载TEPA的固体吸附剂有更高的胺效率，这也意味着聚乙二醇改性固态胺基吸附剂具有更强的CO2吸附性能；
[0026]5)将脱附再生温度降至80℃，进一步降低能耗，有利于DAC的经济可行性；
[0027]6)制作方法简单，成本较低，易于工业实现。
附图说明
[0028]图1为实施例中一种新型添加剂功能化胺功能化介孔氧化硅固体吸附剂的制作流
程；
[0029]图2为实施例1中一种新型添加剂功能化胺功能化介孔氧化硅固体吸附剂在扫描电镜下的样品照片；
[0030]图3为分别负载有TEPA(40wt.％)，PEG(50wt.％)和TEPA与PEG(40wt.％TEPA,10wt.％PEG)混合物的介孔氧化硅的傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)测试结果；
[0031]图4为分别负载有TEPA(40wt.％)和TEPA与PEG(40wt.％TEPA,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：将四乙烯五胺与聚乙二醇配制成有机混合溶液，在加入SBA
‑
15，浸渍搅拌，即得到聚乙二醇改性固态胺基吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的四乙烯五胺与聚乙二醇的质量比为(3～5):1。3.根据权利要求1所述的一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的四乙烯五胺与聚乙二醇的总质量，与SBA
‑
15质量之比为(0.8～1.2):1。4.根据权利要求1所述的一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备方法，其特征在于，浸渍搅拌过程中，浸渍温度为室温，浸渍时间为4
‑
8h。5.根据权利要求1所述的一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的有机混合溶液中，所用有机溶剂为甲醇。6.根据权利要求5所述的一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的甲醇用量为18
‑
22mL/g四乙烯五胺、聚乙二醇的总质量。7.根据权利要求1所述的一种聚乙二醇改性固态胺基吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的SBA
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：王耀祖，苗诒贺，刘正皓，于立军，李佳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：