空气碳捕集吸附模块制造技术

本申请提出空气碳捕集吸附模块

【技术实现步骤摘要】
空气碳捕集吸附模块、制备方法以及二氧化碳捕集系统


[0001]本申请涉及气体分离
，尤其涉及空气碳捕集吸附模块
、
制备方法以及二氧化碳捕集系统
。

技术介绍

[0002]直接空气碳捕集技术是一种碳负压排放技术，是应对全球气候变化的重要技术之一
。
直接空气碳捕集系统具有装置放置灵活，可以减少从捕集地点到应用场景的管道需求
。
此外，直接空气碳捕集技术不受地理位置和时间
、
空间的影响，具有极大的商业前景
。
[0003]变湿再生技术用于空气二氧化碳捕集，可通过改变环境中水汽分压实现二氧化碳气体的吸附
‑
脱附，具有能耗低，操作简单的优点
。
目前变湿再生空气碳捕集通用的吸附剂为强碱性阴离子交换树脂膜，吸附膜并列布置组装成平行分布吸附模块或组装成圆筒状吸附模块进行碳捕集
。
但是，该种吸附模块具有强度低
、
容易坍塌，吸附膜分布不均，不利于空气扩散和湿法再生，单位体积内二氧化碳吸附容量偏低，导致捕集设备庞大，捕集成本高等问题
。

技术实现思路

[0004]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一
。
[0005]为此，本申请的目的在于提出空气碳捕集吸附模块
、
制备方法以及二氧化碳捕集系统，采用
3D
打印技术将树脂基材料一次成型为均匀分布的正方体孔道结构吸附模块，能够实现空气在模块中的快速均匀扩散，同时可实现水溶液的喷淋再生，具有强度高
、
阻力小
、
结构紧密
、
单位体积吸附容量大的优点
。
[0006]根据本申请的第一个方面提出了一种空气碳捕集吸附模块，所述吸附模块用于从气体混合物中去除二氧化碳；其包括由致密且连贯的介孔颗粒形成的固体块，所述固体块还包括在所述固体块的相对面之间延伸并开口的多个通道，所述通道的外露面由所述介孔颗粒形成，所述介孔颗粒表面修饰稳态碳酸根官能团，以使得所述介孔颗粒对通过的所述气体混合物中的
CO2吸附后，在水喷淋到所述介孔颗粒时实现
CO2再生
。
[0007]在一些实施例中，所述介孔颗粒被熔融沉积成型以在所述固体块上具有连贯性
。
[0008]在一些实施例中，所述固体块的横截面为正方形
、
矩形
、
六边形
、
圆形
、
钟形曲线
、
平行四边形或长斜方形
。
[0009]在一些实施例中，以所述介孔颗粒为基准，所述介孔颗粒包括质量百分含量分别为
40
～
50
％的多孔树脂
、40
～
50
％的基材以及
10
～
20
％的溶剂
。
[0010]在一些实施例中，所述多孔树脂为季铵盐型碱性苯乙烯系阴离子交换树脂或季铵盐型碱性丙烯酸系阴离子交换树脂；所述基材为聚丙烯
、
聚氯乙烯
、
聚苯乙烯中的一种；所述溶剂为
N
‑
甲基吡咯烷酮
、
四氢呋喃
、
丙酮中的一种
。
[0011]在一些实施例中，所述介孔颗粒被熔融沉积成型后，采用碱性水热处理，以在所述基材和所述多孔树脂之间形成永久性间隙
。
[0012]在一些实施例中，所述碱性水热处理方法为
0.1
％～
1.0
％浓度的碱液，
70℃
～
80℃
，热处理4～
8h。
[0013]在一些实施例中，根据本申请的第二个方面提出了一种空气碳捕集吸附模块的制备方法，制备上述任一实施例中所述的吸附模块，包括：
[0014]制备由介孔颗粒形成的
3D
打印原料；
[0015]采用
3D
打印技术的熔融沉积成型工艺，按照设定结构将所述
3D
打印原料打印出所述介孔颗粒均匀分布的固体块，空气中冷却4～
6h
；
[0016]所述固体块采用碱性水热处理后，浸入浓度为1～5％的碳酸钾水溶液中
20
～
30℃
离子交换处理6～
12h
，即可得到所述吸附模块
。
[0017]在一些实施例中，制备由介孔颗粒形成的
3D
打印原料的方法为：将多孔树脂粉碎至
500
～
1000
目，后与基材和溶剂混匀
。
[0018]在一些实施例中，所述碱性水热处理方法为
0.1
％～
1.0
％浓度的碱液，
70℃
～
80℃
，热处理4～
8h。
[0019]在一些实施例中，根据本申请的第三个方面提出了一种空气碳捕集吸附系统，用于直接捕集空气中
CO2；其包括至少一个单独的上述任一实施例中所述的吸附模块；以及箱式反应器，所述吸附模块可密封地放置在箱式反应器中，当空气通入所述箱式反应器时，所述吸附模块可直接捕集空气中
CO2；并在所述箱式反应器内喷淋水时，吸附在所述吸附模块上的
CO2脱附并至少暂时存储
。
[0020]在一些实施例中，还包括
CO2浓度检测仪器，其设置在所述箱式反应器的出气口处
。
[0021]在一些实施例中，根据本申请的第四个方面提出了一种直接空气碳捕集吸附方法，利用上述任一实施例中所述的系统进行直接空气碳捕集，包括以下步骤：
[0022]组装所述系统，并向箱式反应器内通入流速为
1L/min
的空气，直至待所述箱式反应器的出气口处
CO2浓度不再变化时停止通入空气；
[0023]向所述箱式反应器内喷洒水溶液，待所述箱式反应器的出气口处
CO2浓度至设定值时，脱附完成
。
[0024]在一些实施例中，向所述箱式反应器内喷洒水溶液的同时通入流速为
200ml/min
的氮气
。
[0025]在一些实施例中，所述水溶液为除盐水
。
[0026]在一些实施例中，还包括在脱附完成后，采用二氧化碳测量曲线积分法计算
CO2脱附量
。
[0027]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到
。
附图说明
[0028]本申请上述的和
/
或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]图1是本申请一实施例提出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种空气碳捕集吸附模块，其特征在于，所述吸附模块用于从气体混合物中去除二氧化碳；其包括由致密且连贯的介孔颗粒形成的固体块，所述固体块还包括在所述固体块的相对面之间延伸并开口的多个通道，所述通道的外露面由所述介孔颗粒形成，所述介孔颗粒表面修饰稳态碳酸根官能团，以使得所述介孔颗粒对通过的所述气体混合物中的
CO2吸附后，在水喷淋到所述介孔颗粒时实现
CO2再生
。2.
根据权利要求1所述的吸附模块，其特征在于，所述介孔颗粒被熔融沉积成型以在所述固体块上具有连贯性
。3.
根据权利要求1或2所述的吸附模块，其特征在于，所述固体块的横截面为正方形
、
矩形
、
六边形
、
圆形
、
钟形曲线
、
平行四边形或长斜方形
。4.
根据权利要求3所述的吸附模块，其特征在于，以所述介孔颗粒为基准，所述介孔颗粒包括质量百分含量分别为
40
～
50
％的多孔树脂
、40
～
50
％的基材以及
10
～
20
％的溶剂
。5.
根据权利要求4所述的吸附模块，其特征在于，所述多孔树脂为季铵盐型碱性苯乙烯系阴离子交换树脂或季铵盐型碱性丙烯酸系阴离子交换树脂；所述基材为聚丙烯
、
聚氯乙烯
、
聚苯乙烯中的一种；所述溶剂为
N
‑
甲基吡咯烷酮
、
四氢呋喃
、
丙酮中的一种
。6.
根据权利要求4所述的吸附模块，其特征在于，所述介孔颗粒被熔融沉积成型后，采用碱性水热处理，以在所述基材和所述多孔树脂之间形成永久性间隙
。7.
根据权利要求5所述的吸附模块，其特征在于，所述碱性水热处理方法为
0.1
％～
1.0
％浓度的碱液，
70℃
～
80℃
，热处理4～
8h。8.
一种空气碳捕集吸附模块的制备方法，其特征在于，制备权利要求1‑7中任一所述的吸附模块，包括：制备由介孔颗粒形成的
3D
打印原料；采用
3D
打印技术的熔融沉积成型工艺，按照设定结构将所述
3D
打印原料打印出所述介孔颗粒均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：张贵泉，曾卫东，于在松，李阳，姚建涛，王宁飞，龙国军，王志超，蔡铭，向小凤，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：