阴离子掺杂的金属氧化物制造技术

本公开涉及一种包括碱土金属氧化物的材料，其中碱土金属氧化物掺杂有阴离子

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阴离子掺杂的金属氧化物


[0001]本专利技术涉及材料工程领域，特别是静电纺丝阴离子掺杂的金属氧化物吸收剂的开发，其中该吸收剂在室温下用于捕获空气中的
CO2。

技术介绍

[0002]现在，温室气体的不断增加已经成为一个全球性问题，因为它对所有生物都产生了一系列直接和间接的影响
。
温室气体最广为人知的影响之一是全球变暖，大气中二氧化碳水平的上升是主要原因
。CO2是一种主要的人为温室气体，以及根据美国国家海洋和大气管理局
(NOAA)
的数据，截至
2020
年初，大气中
CO2的平均浓度约为
412.30ppm
，比
1980
年记录的
338.80ppm
高
21.69
％
。
因此，科学家们致力于寻找降低大气中
CO2水平的解决方案
。CO2气体的另一个主要问题是它具有高度毒性，并且容易大量泄漏
。
这可能导致室内空气在很大程度上无法呼吸
。
[0003]尽管世界现在正朝着使用更多可再生能源的方向发展，旨在减少
CO2排放，但从长远来看，这种方法不足以降低空气或大气中的
CO2水平
。
因此，找到能够吸收空气中
CO2的替代方法至关重要
。
纳米线
、
金属氧化物的纳米纤维
、
有机膜和无机膜是当前该研究领域许多人感兴趣的材料
。
这些材料的主要挑战是在整个工业部门大规模生产此类材料的复杂性和显著高的成本
。
[0004]目前的
CO2捕获和分离技术可分为三组，即燃烧前捕获
、
燃烧后捕获和氧燃料燃烧，其捕获来自发电厂和其他工业规模工厂的
CO2。
与液体和膜吸收剂不同，固体吸收剂能够在更宽的温度范围内发挥作用，并具有解吸
CO2的能力且不会造成重大危害
。
工业废气中使用的固体吸收剂已被证明能够有效地捕获浓缩的
CO2，用于后续储存，而不是直接排放到环境中
。
[0005]近年来，固体吸收剂如沸石
、
碳
、
金属有机骨架
、
碱金属和胺吸收剂已被研究用于具有良好的
CO2捕获特性
。
通常，许多金属氧化物被认为是吸附
CO2的有前途的候选者
。
然而，它们的天然结构和形态特性使它们无法实现在工业规模上有用的高吸附容量
。
进一步地，常规吸附剂通常需要高温来操作，这是高能耗的
。
[0006]鉴于上述情况，需要提供一种用于捕获
CO2的材料和方法，该材料和方法至少部分地改善了上述缺点
。

技术实现思路

[0007]一方面，提供了一种包括阴离子掺杂的碱土金属氧化物的材料
。
[0008]有利地，如上所定义的材料可用于在室温下有效且高效地从空气中吸附
CO2。
特别地，该材料可包括碱土金属的氧化物，例如镁，其已经掺杂有阴离子，例如卤化物
、
硫酸根或磷酸根
。
进一步有利的是，掺杂可以通过防止在材料表面上形成副产物如碳酸盐来改善碱土金属氧化物的
CO2吸附特性
。
随着时间的推移，这可显著增加如上所定义的材料的
CO2的吸附容量
。
[0009]有利地，如上所定义的材料可以具有高孔隙率和高表面积，从而具有增加数量的碳捕获位点以改善
CO2吸收
。
这可以促进
CO2在室温下的吸附，由此该材料可与
CO2化学结合以使其更加稳定
。
与常规吸收剂相比，如上所定义的材料在室温下可以表现出更高的
CO2吸附容量，并且可适合用作室温
CO2吸附剂的商业用途
。
[0010]进一步有利地，如上所定义的材料可将
CO2存储在材料内
。
进一步有利的是，吸附的
CO2可以被解吸，并且这种吸附和解吸
CO2的过程可以重复多次，有利于在更长的时间内重复使用该材料
。
有利地，该材料在多个吸附
‑
解吸循环中可以是稳定的
。
[0011]另一方面，提供了一种制备如上定义的材料的方法，包括使碱土金属的氢氧化物盐与碱土金属的第二盐接触的步骤
。
[0012]有利地，可以通过如上定义的方法以成本有效的方式制备如上定义的材料
。
由于其高成本效益，该方法可以有利地用于材料的大规模或批量生产
。
[0013]在一个实例中，该方法可包括将如上所定义的材料形成纳米纤维的步骤，该步骤可通过静电纺丝来进行
。
以前已知的合成
MgO
吸收剂的方法是高成本的过程
。
相比之下，静电纺丝在时间和成本方面可能更经济
。
静电纺丝也可以有利地更加坚固
、
耐用
、
通用
、
适应性强和可扩展
。
静电纺丝可以促进一维
、
二维以及非晶纳米材料结构的形成
。
此外，通过采用化学和物理表面处理，可以容易地对静电纺丝制成的纳米材料进行功能化
。
有利地，静电纺丝可以促进如上所定义的材料的大规模或批量生产
。
[0014]另一方面，提供了一种可通过如上所定义的方法获得的材料
。
[0015]另一方面，提供了一种从环境中吸附
CO2的方法，该方法包括使如上所述的材料与环境接触的步骤
。
[0016]在另一个方面，提供了如上所定义的材料从环境中吸收
CO2的用途
。
[0017]有利地，如上所定义的材料可用于在室温下的
CO2吸附，从而避免在高耗能的高温条件下进行
CO2吸附过程
。
[0018]定义
[0019]本文使用的下列词语和术语应具有所示含义：
[0020]出于本公开的目的，术语“掺杂”是指将诸如阴离子的杂质引入碱土金属或其矿物的氧化物的晶格结构中，以改变它们的相稳定性以及所形成相的物理和化学性质
。“掺杂”一词应作相应理解
。
[0021]出于本公开的目的，术语“矿物”是指包括碱土金属的氧化物或氢氧化物
、
水和碳酸盐的化合物
。
[0022]“基本上”一词并不排除“完全”，例如，“基本上不含”Y
的组合物可以完全不含
Y。
必要时，可以从本专利技术的定义中省略词语“基本上”。
[0023]除非另有说明，否则术语“包含”和“包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种材料，其包括阴离子掺杂的碱土金属氧化物
。2.
根据权利要求1所述的材料，其中，所述碱土金属选自由
Mg、Ca、Sr、Ba
及其任意混合物组成的组
。3.
根据权利要求1或2所述的材料，其中，所述阴离子选自由卤化物
、
硫酸根
、
硝酸根
、
磷酸根及其任意混合物组成的组
。4.
根据前述权利要求中任一项所述的材料，其还包括水
。5.
根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中，所述材料为纳米纤维
、
薄片
、
杆
、
片或其任意混合物的形式
。6.
一种用于制备权利要求1至5中任一项所述的材料的方法，其包括使碱土金属的氢氧化物盐与碱土金属的第二盐接触的步骤
。7.
根据权利要求6所述的方法，其中，所述碱土金属的第二盐与所述碱土金属的氢氧化物盐不同
。8.
根据权利要求6或7所述的方法，其中，按重量计，所述碱土金属的氢氧化物盐与所述碱土金属的第二盐之间的比率在约
99.9:0.1
至约
80:20
的范围内
。9.
根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，所述接触的步骤在溶剂中进行
。10.
根据权利要求9所述的方法，其中，所述溶剂包括醋酸
、
水或其混合物
。11.
根据权利要求6至
10
中任一项所述的方法，其中，所述接触的步骤进一步包括聚合物

【专利技术属性】
技术研发人员：吴平，A，
申请(专利权)人：新加坡科技设计大学，
类型：发明
国别省市：