一种固态胺低温碳捕集材料吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固态胺低温碳捕集材料及其制备方法。该材料通过一步浸渍法将聚乙烯亚胺负载到有机溶剂处理的类水滑石纳米片上获得。材料的化学组成为yPEI

【技术实现步骤摘要】
一种固态胺低温碳捕集材料吸附剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种固态胺低温碳捕集材料吸附剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]全球变暖是当下急需解决的全球性气候问题。其中，二氧化碳(CO2)作为主要的温室气体，对温室效应的贡献率高达55％。绝大部分CO2来自化石能源的燃烧排放，所以工业源CO2的捕集被认为是应对全球气候变化的重要解决方案。
[0003]固态胺材料因其优秀的CO2吸附量、较低的再生能耗及对捕集装置腐蚀性小等优点，成为目前最具发展前景的低温碳捕集技术。然而，有机胺基团与传统的硅基载体之间的相互作用力相对较弱，导致制备得到的固态胺吸附剂普遍存在CO2吸附性能较差的问题。Qi等使用有机胺对纳米二氧化硅进行功能化制备了一系列固态胺材料并测试了其CO2吸附性能，发现材料在多次吸
‑
脱附循环使用中容易因胺浸出而导致性能出现大幅衰减，这大大提升了捕集成本。因此，合成一种具有较大孔容/径且能与有机胺基团通过较强作用力进行结合的多孔材料对于固态胺低温碳捕集技术的规模化应用是至关重要的。
[0004]总的来说，尽管固态胺低温CO2捕集技术当前已经达到较高的技术成熟度，但距离大规模的开发与应用仍然有很长的路要走。固态胺材料的研发仍存在很大的改进空间，制造具有高CO2吸附量、快速吸附动力学和良好的吸
‑
脱附稳定性的廉价吸附剂对于工业脱碳工艺的大规模部署至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种固态胺低温碳捕集材料吸附剂及其制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种固态胺低温碳捕集材料，其组成体系为聚乙烯亚胺(PEI)
‑
有机溶剂处理的类水滑石纳米片(layered double hydroxides synthesized by aqueous miscible organic solvent treatment(AMOST)method)材料，其化学组成为yPEI
‑
A
x
B
‑
C
‑
AMOST，y为PEI在材料中的质量分数，A，B为组成类水滑石层板的二价和三价金属元素，C为层间的阴离子，x为二价和三价金属元素的摩尔比，y为40～70wt％，x为0.55～3。
[0008]所述的固态胺低温碳捕集材料，其特征在于，所述的类水滑石材料化学组成A
x
B
‑
C中的A可为Mg
2+
、Zn
2+
、Ni
2+
、Co
2+
、Cu
2+
、Ca
2+
、Mn
2+
、Fe
2+
、Zn
2+
中至少一种，B可为A1
3+
、Cr
3+
、Co
3+
、Fe
3+
、Ga
3+
中至少一种，C可为CO
32
‑
，NO3‑
，SO
42
‑
，C2O
42
‑
，Cl
‑
中至少一种。
[0009]所述的固态胺低温碳捕集材料，y为60wt％，A、B、C分别为Mg
2+
、Al
3+
、CO
32
‑
，x为0.55，化学组成为60PEI
‑
Mg
0.55
Al
‑
CO3‑
AMOST。
[0010]所述的固态胺低温碳捕集材料，其特征在于，其应用于CO2捕集的温度区间可以为25～85℃，捕集的CO2浓度范围可以为0.04％～100％。
[0011]所述的催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将分别含有A和B的两种或多种前驱体物质混合配成前驱体溶液；(2)将前驱体溶液加到碱性溶液中得到混合溶液，并控制混合
溶液的pH值，将混合溶液老化；(3)对老化后的混合溶液先后在去离子水及有机溶剂中进行抽滤和洗涤，然后真空干燥得到含有A和B的类水滑石材料，(4)采用一步浸渍法使用有机胺对得到的类水滑石材料进行改性，经真空干燥后得到所述的yPEI
‑
A
x
B
‑
C
‑
AMOST固态胺低温碳捕集材料。
[0012]所述的制备方法，其步骤(2)中混合溶液的pH值控制在8～12范围内，更优选在9.5～10.5范围内。
[0013]所述的制备方法，其步骤(2)老化温度为25～80℃，老化时间大于2小时。
[0014]所述的制备方法，其步骤(3)中的所述进行抽滤和洗涤的过程具体为：在抽滤的条件下，用去离子水反复洗涤混合溶液至滤液pH值为6～7，待滤液快要抽干时再用有机溶剂洗涤1～2次，并抽干得到沉淀；将获得的沉淀置入盛有有机溶剂的容器中，并在室温的条件下充分搅拌，之后再次进行抽滤，滤饼用有机溶剂反复洗涤。
[0015]所述的制备方法，其步骤(3)中的所述有机溶剂具体为无水甲醇、无水乙醇及丙酮中至少一种。
[0016]所述的制备方法，其步骤(3)中的所述真空干燥温度为25℃～120℃，真空度为
‑
0.1～0MPa。
[0017]所述的制备方法，其步骤(4)中的所述的一步浸渍法的过程具体为：将一定质量的有机胺加入有机溶剂中，并在室温的条件下充分搅拌；称取一定质量的类水滑石材料置于上述有机胺溶液中继续在室温的条件下剧烈搅拌；使用旋转蒸发仪去除上述混合溶液中的有机溶剂，经真空干燥后获得最终的所述的yPEI
‑
A
x
B
‑
C
‑
AMOST固态胺低温碳捕集材料。
[0018]所述的制备方法，其步骤(4)中所述的搅拌过程在隔绝空气优选曝氮气的条件下进行。
[0019]所述的制备方法，其步骤(4)中旋转蒸发仪的转速为10～100rpm，真空度为
‑
0.1～0MPa。
[0020]所述的制备方法，其步骤(4)中真空干燥箱温度为25℃～120℃，真空度为
‑
0.1～0MPa。
附图说明
[0021]图1本专利技术制备不同A/B摩尔比例的60PEI
‑
Mg
x
Al
‑
CO3‑
AMOST固态胺碳捕集材料的吸
‑
脱附循环性能图。
[0022]图2本专利技术制备的60PEI
‑
Mg
0.55
Al
‑
CO3‑
AMOST固态胺碳捕集材料与对比样品60PEI
‑
Mg
0.55
Al
‑
O
‑
MM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态胺低温碳捕集材料，其组成体系为聚乙烯亚胺(PEI)
‑
有机溶剂处理的类水滑石(layered double hydroxides synthesized by aqueous miscible organic solvent treatment(AMOST)method)材料，其化学组成为yPEI
‑
A
x
B
‑
C
‑
AMOST，y为PEI在材料中的质量分数，A，B为组成类水滑石层板的二价和三价金属元素，C为层间的阴离子，x为二价和三价金属元素的摩尔比，y为40～70wt％，x为0.55～3。2.如权利要求1所述的固态胺低温碳捕集材料，其特征在于，所述的类水滑石材料化学组成A
x
B
‑
C中，A可为Mg
2+
、Zn
2+
、Ni
2+
、Co
2+
、Cu
2+
、Ca
2+
、Mn
2+
、Fe
2+
、Zn
2+
中至少一种，B可为A1
3+
、Cr
3+
、Co
3+
、Fe
3+
、Ga
3+
中至少一种，C可为CO
32
‑
，NO3‑
，SO
42
‑
，C2O
42
‑
，Cl
‑
中至少一种。3.如权利要求1所述的固态胺低温碳捕集材料，y为60wt％，A、B、C分别为Mg
2+
、Al
3+
、CO
32
‑
，x为0.55，化学组成为60PEI
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Mg
0.55
Al
‑
CO3‑
AMOST。4.如权利要求1所述的固态胺低温碳捕集材料，其应用于CO2捕集的温度区间可以为25～8...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，赵猛，黄亮，张天雨，高艳珊，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：