一种固态胺吸附剂及其胺基改性方法技术

本发明专利技术公开了一种固态胺吸附剂及其胺基改性方法。所述胺基改性方法包括如下步骤：S1：将有机胺改性剂和有机胺混合，并加入分散剂，搅拌使其混合均匀，自然冷却至室温；S2：将吸附剂载体加入到S1得到的混合物溶液中，使用搅拌器持续搅拌，使分散剂逐渐挥发；S3：待搅拌至分散剂挥发后，将样品放入真空干燥箱真空干燥，直至分散剂完全蒸干，剩余的固态物质即为合成的固态胺吸附剂；所述有机胺改性剂为分子量不大于200的多羟基醇类化合物。所述胺基改性方法简单经济、合成的固态胺吸附剂具有优秀的抗尿素性能，在高温纯CO2脱附条件的循环过程中具有高稳定性。具有高稳定性。具有高稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种固态胺吸附剂及其胺基改性方法


[0001]本专利技术涉及固态胺吸附剂
，特别涉及一种固态胺吸附剂及其胺基改性方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于世界工业化发展排放的大量CO2所引起的温室效应导致了海平面上升和全球变暖等一系列气候问题。其中碳捕集技术作为目前唯一可以实现负排放的减碳技术，对于实现我国的“双碳目标”具有重大意义。我国碳排放主要来源于电力、建筑、工业生产、交通运输、农业等领域，其中：能源电力占比最大，为40%左右，有数据表明燃煤发电厂每年排放的CO2已经达到十亿吨级，减碳任务十分艰巨。
[0003]目前，液胺化学吸收技术作为当前最主流的碳捕集技术，已经实现规模化工业化应用。但是液胺具有腐蚀性、挥发性和低毒性以及容易腐蚀设备等缺点，很难在短时间内克服。由多孔载体和有机胺通过浸渍法或嫁接法合成的固态胺吸附剂作为一种新型低温CO2吸附剂，有着吸附速率快、选择性高和吸附容量大等优点，具有广阔应用前景。
[0004]目前固态胺吸附剂的主要脱附再生方式为变温吸附，在吸附完成后，将吸附剂升高到所需温度并切换吹扫气进行脱附反应将CO2释放出来。在此过程中为保证脱附气纯度, 往往需要将纯CO2作为脱附吹扫气。如图1所示，在高温和CO2气氛下，吸附剂中的有机胺面临着不可逆尿素化合物生成的化学性失活问题，在循环吸脱附过程中吸附剂的性能将逐步下降直至完全失活。当前固态胺吸附剂循环应用的核心问题是抑制固态胺吸附剂在高温和CO2气氛下脱附过程尿素类化合物生成。因此，需要提供一种合成简单且经济的、可以在高温纯CO2脱附条件的循环过程中具有高稳定性的固态胺吸附剂，以推动实现固态胺吸附剂的工业化应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提出了一种固态胺吸附剂及其胺基改性方法。
[0006]本专利技术提供一种固态胺吸附剂的胺基改性方法，包括如下步骤：S1：将有机胺改性剂和有机胺混合，并加入5~25倍体积的分散剂，在300~1200 rpm转速下搅拌3~15分钟使其混合均匀，自然冷却至室温；S2：将吸附剂载体加入到S1得到的混合物溶液中，在室温~60℃通风环境下使用搅拌器在300~1200 rpm转速下持续搅拌4~8小时，使分散剂逐渐挥发；S3：待搅拌至分散剂挥发后，将样品放入真空干燥箱，在50
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105℃下真空环境下干燥4
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6小时，直至分散剂完全蒸干，剩余的固态物质即为合成的固态胺吸附剂；所述有机胺改性剂为分子量不大于200的多羟基醇类化合物。实验表明多羟基醇对于固态胺吸附剂的循环稳定性有明显的促进作用，特别是分子量在200之内的丙三醇和聚乙二醇200的效果明显，分子量的进一步增加后稳定效果减弱。因此本专利技术中的含羟基多元醇优选的是分子量不大于200的多羟基醇类化合物。
[0007]进一步的，所述的有机胺为乙醇胺（MEA）、聚乙烯亚胺（PEI）、四乙烯五胺（TEPA）、五乙烯六胺（PEHA）和聚丙烯胺（PAA）中的任意一种。
[0008]进一步的，所述有机胺改性剂为丙三醇、乙二醇、丁四醇和聚乙二醇中的任意一种。
[0009]进一步的，所述吸附剂载体为纳米SiO2。可选的纳米SiO2材料为市面常见的商品纳米SiO2，参考型号有SAB
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15、MCM
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41、远翔M
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560和德固赛
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310，形貌是粉末状或者颗粒状。
[0010]进一步的，所述分散剂为甲醇、水和乙醇中的任意一种。在负载过程中分散剂的作用是使有机胺和有机胺改性剂可以完全分散混合均匀并逐步负载进入载体的孔隙结构中。
[0011]进一步的，所述有机胺改性剂和有机胺的质量比例为1：（1~19）。
[0012]进一步的，所述的胺基改性方法步骤S3之后还包括如下评价步骤：将步骤S3合成的吸附剂使用热重分析仪或固定床，并根据样品的性质选择适合的程序进行单次吸附和循环吸附测试，对比未改性的固态胺吸附剂，比较吸附量和循环稳定性；采用红外光谱法测试循环吸附后的样品的特征官能团来判断尿素化合物的生成情况；采用动力学模型拟合吸附曲线来比较吸附速率；从而综合比较评定合成方法的有效性。
[0013]进一步的，所述评价步骤中所述吸附剂吸附性能的测试程序中单次吸附的程序设置如下：第一阶段，以100% Ar作为载气，将样品从30℃升温至120℃，在此温度下稳定30 min进行脱气处理，脱除样品中的水分、CO2以及附着的其他杂质，然后将温度降至吸附温度，所述吸附温度为30~105℃；第二阶段，待温度降至吸附温度，立即将载气切换为100% CO2，并在该吸附温度下稳定60 min，样品进行吸附；第三阶段，吸附结束后，将载气切换为100% Ar或100% CO2，升温至特定脱附温度开始脱附，所述脱附温度为100~150℃，并在该脱附温度下稳定30 min或40 min后，结束程序。
[0014]进一步的，所述评价步骤中所述吸附剂吸附性能的测试程序中单次吸附的程序还可以设置如下：第一阶段，按照上述脱气程序脱气，在脱气温度下稳定15 min后，将温度降至特定吸附温度（60~90℃）；第二阶段，待温度降至吸附温度，立即将载气切换为100% CO2或15%的CO2，并在该温度下稳定30 min，样品进行吸附；第三阶段，吸附结束后，将载气切换为100% Ar或100% CO2，并升温至特定脱附温度（100~120℃）开始脱附，并在该脱附温度下稳定15 min或30 min，随后将温度降至特定吸附温度；第四阶段，开始循环，待降温完成，重复第二阶段和第三阶段的程序9次，完成10次循环吸附
‑
脱附。吸附气氛和温度由吸附剂的性质决定，没有特定限制。
[0015]进一步的，所述评价步骤中所述吸附速率的评价方法使用一级反应模型（1）、二级反应模型（2）、阿乌拉米模型（3）和双指数模型（4）来拟合吸附曲线，根据吸附剂的性质选择相应的模型，没有特定限制。
[0016]一级反应模型：（1）其中q
t
为吸附剂在t时刻的吸附量，mg
·
g
‑
1adsorbent
；q
e
为吸附剂的饱和吸附量，mg
·
g
‑
1adsorbent
；k1为一级反应模型的速率常数，min
‑1。
[0017]二级反应模型：（2）
其中q
t
为吸附剂在t时刻的吸附量，mg
·
g
‑
1adsorbent
；q
e
为吸附剂的饱和吸附量，mg
·
g
‑
1adsorbent
；k2为二级反应模型的速率常数，min
‑1。
[0018]阿乌拉米模型：（3）其中q
t
为吸附剂在t时刻的吸附量，mg
·
g
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态胺吸附剂的胺基改性方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将有机胺改性剂和有机胺混合，并加入分散剂，搅拌使其混合均匀，自然冷却至室温；S2：将吸附剂载体加入到S1得到的混合物溶液中，使用搅拌器持续搅拌，使分散剂逐渐挥发；S3：待搅拌至分散剂挥发后，将样品放入真空干燥箱真空干燥，直至分散剂完全蒸干，剩余的固态物质即为合成的固态胺吸附剂；所述有机胺改性剂为分子量不大于200的多羟基醇类化合物。2.根据权利要求1所述的胺基改性方法，其特征在于，所述的有机胺为乙醇胺、聚乙烯亚胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺和聚丙烯胺中的任意一种。3.根据权利要求1所述的胺基改性方法，其特征在于，所述有机胺改性剂为丙三醇、乙二醇、丁四醇和聚乙二醇中的任意一种。4.根据权利要求1所述的胺基改性方法，其特征在于，所述吸附剂载体为纳米SiO2。5.根据权利要求1所述的胺基改性方法，其特征在于，所述分散剂为甲醇、水和乙醇中的任意一种。6.根据权利要求1所述的胺基改性方法，其特征在于，所述有机胺改性剂和有机胺的质量比为1：（1~19）。7.根据权利要求1所述的胺基改性方法，其特征在于，所述的胺基改性方法步骤S3之后还包括如下评价步骤：将步骤S3合成的吸附剂使用热重分析仪或固定床，并根据样品的性质选择适合的程序进行单次吸附和循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜枫，陈黑锦，张作泰，许继云，
申请(专利权)人：深碳科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：