一种疏水性核壳结构制造技术

本发明专利技术公开了一种疏水性核壳结构

【技术实现步骤摘要】
一种疏水性核壳结构CO2吸附剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及
CO2吸附捕集
，特别是涉及一种疏水性核壳结构
CO2吸附剂及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]CO2排放量的与日俱增，对大气环境造成了严重的危害，
CO2具有保温作用，能够导致冰川融化
、
海平面上升以及酸雨的形成，除此之外还会危害人类的身体健康
。
[0003]工业烟气
CO2排放是大气中
CO2的主要来源之一，为营造低碳环境，烟气
CO2排放控制需求日益紧迫，
CO2捕集技术是实现大规模
CO2减排的有效途径，其中吸附法具有能耗低
、
效率高等优势，在工业烟气
CO2捕集领域具有巨大的应用潜力
。
吸附法常用的吸附材料有沸石
、
二氧化硅分子筛
、
炭基材料及
MOFs
材料吸附剂
。
沸石及二氧化硅分子筛的成本较低，合成方法较为简单，具有良好的工业化应用前景
。
[0004]分子筛因其高比表面积及孔容而具有较好的
CO2吸附能力，且
CO2在分子筛上主要为物理吸附，吸附热较低且易于再生；分子筛孔道表面具有丰富的硅羟基，对水的亲和力较强，在含湿条件下，
H2O
会与
CO2发生竞争吸附，从而导致
CO2吸附能力下降
。
工业烟气中通常含有
15
～
20
％的
H2O
，较高浓度的
H2O
会降低分子筛对
CO2的吸附性能
。
针对这一问题，专利
202211318208.9
提出了一种高疏水介孔
Y
型分子筛及其制备方法，通过磷改性
NaY
分子筛，调变分子筛酸性，通过无氧环境下用高温酸蒸汽处理，利用弱碱中和分子筛表面的游离酸，脱除分子筛表面及孔腔内的游离铝及钠离子，从而提高产品的疏水性能，虽然其疏水性得到提升，但改性后分子筛的孔道由微孔变为
2nm
以上的介孔，且碱金属含量显著下降，显然该孔径范围的分子筛不利于
CO2的吸附
。
[0005]长链硅烷基通常具有较好地疏水性，通常将其作为疏水改性剂引入分子筛，可以有效提高分子筛的疏水性
。
微孔分子筛的
CO2吸附性能高于介孔分子筛，但因其孔径较小，直接将疏水改性剂引入微孔分子筛中将堵塞孔道，影响
CO2的传质及扩散性能，并降低其
CO2吸附性能；介孔分子筛的孔径尺寸较大，但其
CO2吸附性能较低，将疏水改性剂引入介孔分子筛虽然能改善其疏水性，但
CO2的吸附能力有限，显然不能满足工业要求的
CO2吸附量
。
因此，如何在提高分子筛的疏水性的同时保证不降低分子筛对
CO2的吸附能力，甚至进一步提高分子筛的
CO2吸附性能，提供一种既具有良好的疏水性，又具有良好的
CO2吸附性能的分子筛型
CO2吸附剂十分必要
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种疏水性核壳结构
CO2吸附剂及其制备方法与应用，以解决现有技术中存在的上述问题
。
本专利技术的疏水性核壳结构
CO2吸附剂以微孔分子筛为内核，微孔分子筛外包裹一层介孔二氧化硅作为外壳；微孔分子筛的微孔中负载有小分子有机胺；介孔二氧化硅的介孔中嫁接有疏水改性剂
。
本专利技术在分子筛的微孔中引入小分子胺后，再在其表面包埋介孔二氧化硅层，以合成核壳结构的微介孔复合材料，最后再在二氧化硅
壳层的介孔中引入疏水改性剂得到最终的疏水性核壳结构
CO2吸附剂
。
一方面，将小分子胺引入微孔分子筛的微孔中，小分子胺不堵塞孔道且能有效提高
CO2的吸附性能；另一方面，介孔相比于微孔尺寸较大，将疏水改性剂嫁接在二氧化硅壳层的介孔中，不易堵塞吸附剂的孔道，既提高吸附剂的疏水性能，又能在少量
H2O
存在下提高
CO2与胺基的化学吸附
(
少量
H2O
的存在有利于
CO2与胺基的化学反应
)
，促进吸附剂的吸附作用，使吸附剂在含湿条件下的
CO2吸附性能得到提升
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]本专利技术的技术方案之一：一种疏水性核壳结构
CO2吸附剂，以微孔分子筛为内核，所述微孔分子筛外包裹一层介孔二氧化硅作为外壳；所述微孔分子筛的微孔中负载有小分子有机胺；所述介孔二氧化硅的介孔中嫁接有疏水改性剂
。
[0009]进一步地，所述微孔分子筛为
ZSM
‑
5、13X、NaY、
β
、SAPO
‑
34
或
A
型微孔分子筛；所述小分子有机胺为丙胺
、
丁胺
、
乙二胺
(EDA)、
二乙烯三胺
(DETA)、
乙醇胺
(MEA)
或二乙醇胺
(DEA)
；所述疏水改性剂为十八烷基三甲氧基硅烷
(ODTMS)、
十八烷基三氯硅烷
(OTS)
或正十八烷基三乙氧基硅烷
(MSDS)。
[0010]嫁接是指直链结构的疏水改性剂的一端
(
硅烷基端
)
进入二氧化硅的介孔中，与二氧化硅中的
Si
‑
OH
间形成共价键
。(
上述的疏水改性剂本质上是硅烷偶联剂，硅烷偶联剂是一种分子结构中含有硅烷键的有机硅化合物，其原理是通过硅烷键的化学反应，将有机部分与无机部分进行偶联，从而强化材料的力学性能和化学稳定性
。
硅烷偶联剂分子中的硅烷基团与二氧化硅中的
Si
‑
OH
中的氢原子发生化学反应，形成
Si
‑
O
‑
Si
键，这种键的形成通过水解反应方式进行
。)
[0011]所述疏水性核壳结构
CO2吸附剂的结构示意图如图1所示
。
[0012]优选地，所述微孔分子筛为
13X
型微孔分子筛，所述小分子有机胺为丁胺，所述疏水改性及剂为
ODTMS。
[0013]本专利技术的技术方案之二：一种上述疏水性核壳结构
CO2吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
[0014]用小分子有机胺对微孔分子筛进行浸渍处理，得到微孔中负载有小分子胺的分子筛
(
记为
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种疏水性核壳结构
CO2吸附剂，其特征在于，以微孔分子筛为内核，所述微孔分子筛外包裹一层介孔二氧化硅作为外壳；所述微孔分子筛的微孔中负载有小分子有机胺；所述介孔二氧化硅的介孔中嫁接有疏水改性剂
。2.
如权利要求1所述的疏水性核壳结构
CO2吸附剂，其特征在于，所述微孔分子筛为
ZSM
‑
5、13X、NaY、
β
、SAPO
‑
34
或
A
型微孔分子筛；所述小分子有机胺为丙胺
、
丁胺
、
乙二胺
、
二乙烯三胺
、
乙醇胺
、
二乙醇胺中的一种或几种；所述疏水改性剂为十八烷基三甲氧基硅烷
、
十八烷基三氯硅烷或正十八烷基三乙氧基硅烷
。3.
一种根据权利要求1‑2任一项所述的疏水性核壳结构
CO2吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：用小分子有机胺对微孔分子筛进行浸渍处理，得到微孔中负载有小分子胺的分子筛；对所述微孔中负载有小分子胺的分子筛进行包埋形成介孔二氧化硅壳层，得到胺负载的核壳结构分子筛；对所述胺负载的核壳结构分子筛进行表面疏水改性，得到所述疏水性核壳结构
CO2吸附剂
。4.
如权利要求3所述的疏水性核壳结构
CO2吸附剂的制备方法，其特征在于，所述用小分子有机胺对微孔分子筛进行浸渍处理，得到微孔中负载有小分子胺的分子筛包括：将微孔分子筛和小分子有机胺加入溶剂中，搅拌浸渍，旋干溶剂，得到微孔中负载有小分子胺的分子筛
。5.
如权利要求4所述的疏水性核壳结构
CO2吸附剂的制备方法，其特征在于，所述小分子有机胺与所述微孔分子筛的质量比为
0.001
～
0.2:1
；所述搅拌浸渍在室温下进行，搅拌速率为
500r/min
，时间为4～
6h。6.<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱廷钰，郭旸旸，许丽，刘文，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：