【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境科学与化学，具体涉及一种廉价高效二氧化碳捕集材料及其制备、吸附方法。
技术介绍
1、co2作为主要的温室气体，其排放量逐年增长，引发的温室效应直接导致了一系列的环境问题，co2的减排已经势在必行。其中，co2捕集技术作为碳减排的研究热点，对于高效co2捕集剂的研究更是重中之重。
2、传统co2捕集剂是醇胺吸收剂，但其易腐蚀设备，再生能耗很高，不符合目前节能环保的主流，亟需进行升级换代。而具有能耗低、环境友好性强的固体吸附技术有望在未来co2减排技术中占据主流地位。
3、金属有机骨架材料(mofs)作为21世纪的新型材料，具有较大的比表面积和可调节的孔径，在气体分离领域有着广阔的应用前景。但是在目前的研究中，mofs材料在高压的情况下呈现出优越的co2吸附性能，但是随着压力的下降吸附量也急速降低，同时也呈现出吸附性能与其制备成本不匹配的特性，难以在工业上得到广泛的应用。
4、现有技术中，大多采用两种思路应对：1)对mofs材料的有机配体进行修饰，常规方法是嫁接含胺基团，利用其碱性提高酸性气体co2的吸附容量(鲁雪婷等，燃料化学学报，2019，47(3)：338-343)，2)将mofs材料与传统气体吸附材料结合，制备复合性的mofs吸附材料(中国专利cn106861634b)。
5、但是由于嫁接胺基存在流失现象以及制备复合型mofs材料成本增加，同时将直接造成mofs固体材料比表面显著降低，致使这两种应对思路在实际的工业应用中难以有效利用。
<
1、本专利技术的目的是提供一种原料廉价、制备简单且具有优异co2吸附容量的mofs材料，该材料具有良好的循环再生性能，且制备过程中所需要的溶剂也可以进行回收重复利用，因此可以在co2吸附分离领域进行工业化应用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种廉价高效二氧化碳捕集材料，所述的二氧化碳捕集材料选用cu-btc。
3、进一步的，cu-btc分别选取三水硝酸铜和1，3，5-苯三甲酸作为金属中心源和有机配体源。
4、进一步的，cu-btc材料选取三氟乙酸(tfa)作为第二有机配体源。
5、一种廉价高效二氧化碳捕集材料的制备方法，包括以下步骤：
6、s1：将一定质量的三水硝酸铜溶于无水乙醇中搅拌形成溶液a；
7、s2：将一定质量的1，3，5-苯三甲酸和三氟乙酸(tfa)混合后作为有机配体，溶于无水乙醇中形成溶液b；
8、s3：将溶液a加入溶液b中，进行一段时间的搅拌过程后形成溶液c；
9、s4：将溶液c转移到高压反应釜中，采用一步溶剂热合成法制备所需材料；
10、s5：在高压反应釜中反应结束后，对得到的产物依次进行抽滤、洗涤、干燥工序，即可得到新型的cu-btc材料。
11、进一步的，步骤s1中的三水硝酸铜和步骤s2中的1，3，5-苯三甲酸的物质的量之比为1：0.5-1；步骤s1中，三水硝酸铜和无水乙醇的物质的量之比为1：80-120，其中无水乙醇的密度以0.8g/cm3代入计算。
12、进一步的，步骤s2中，1，3，5-苯三甲酸和无水乙醇的物质的量之比为1：60-90，其中无水乙醇的密度以0.8g/cm3代入计算；步骤s2中，1，3，5-苯三甲酸和三氟乙酸(tfa)的物质的量之比为1：5-15。
13、进一步的，步骤s3中，搅拌的时长为2-6h；步骤s4中，溶剂热反应所需要的温度为60-100℃，反应时长为12-18h；步骤s5中，干燥的条件为100-120℃的真空环境。
14、一种廉价高效二氧化碳捕集材料的吸附方法，包括以下步骤：
15、1)将步骤s5中得到的新型cu-btc材料压片过筛，取40-60目筛，得到吸附材料备用；
16、2)将吸附材料在氩气环境中进行激活；
17、3)将吸附材料放置在常压环境下对含有co2的气体氛围中进行吸附作业；
18、4)吸附完成后，将吸附材料在气体氛围中撤离进行脱附再生。
19、进一步的，步骤2)中，激活的温度为150-180℃，氩气的流速为1500-2500ml/h，激活时间为0.5-1h。
20、进一步的，步骤3)中，吸附过程的温度为50-70℃，气体的流速为1500-2500ml/h，气体中co2的体积百分比为10％-100％，吸附时间为0.5-1h。
21、采用上述技术方案，mofs材料在进行co2捕集过程中主要存在两类吸附活性位点：第一：不饱和金属位点，主要对co2进行化学吸附；第二：mofs材料的巨大比表面积和发达的孔道结构，主要对co2进行物理吸附。本专利技术的捕集材料制备过程中，由于三氟乙酸(tfa)的存在，一方面可以代替部分1，3，5-苯三甲酸作为有机配体形成mofs材料，而三氟乙酸(tfa)的沸点仅为72.4℃，在后续mofs材料激活的过程中可以去除，可以提供更多的不饱和金属位点，改善缺陷位的数量，提高其对co2的化学吸附；同时三氟乙酸(tfa)的存在可以调节mofs材料的孔道结构及其比表面积，进一步增加co2的物理吸附。综合考虑，本专利技术所提供的mofs材料可以实现在实际工况下co2吸附量大幅度的提升，以满足工业化的应用。
22、综上所述，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
23、(1)本专利技术中所制备的mofs材料(cu-btc材料)方法简单、价格低廉、环境友好，且实验的复现性很高，材料容易实现工业放大。
24、(2)本专利技术中采用三氟乙酸(tfa)来增加mofs材料不饱和金属位点的密度，同时提高其bet比表面积，可以从多个层面提高co2的吸附容量。
25、(3)本专利技术中所制备的mofs材料在进行气体脱附过程中，仅需要撤离所在的气体环境即可，无需进行额外的能量输入。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种廉价高效二氧化碳捕集材料，其特征在于：所述的二氧化碳捕集材料选用Cu-BTC。
2.根据权利要求1所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料，其特征在于：Cu-BTC分别选取三水硝酸铜和1，3，5-苯三甲酸作为金属中心源和有机配体源。
3.根据权利要求2所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料，其特征在于：Cu-BTC材料选取三氟乙酸（TFA）作为第二有机配体源。
4.基于权利要求3所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中的三水硝酸铜和步骤S2中的1，3，5-苯三甲酸的物质的量之比为1：0.5-1；步骤S1中，三水硝酸铜和无水乙醇的物质的量之比为1：80-120，其中无水乙醇的密度以0.8 g/cm3代入计算。
6.根据权利要求4所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，1，3，5-苯三甲酸和无水乙醇的物质的量之比为1：60-90，其中无水乙醇的密度以0.8 g/cm3代入计算；步
7.根据权利要求4所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的制备方法，其特征在于：步骤S3中，搅拌的时长为2-6 h；步骤S4中，溶剂热反应所需要的温度为60-100 ℃，反应时长为12-18 h；步骤S5中，干燥的条件为100-120 ℃的真空环境。
8.基于权利要求4所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的吸附方法，其特征在于：包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的吸附方法，其特征在于：步骤2）中，激活的温度为150-180 ℃，氩气的流速为1500-2500 mL/h，激活时间为0.5-1 h。
10.根据权利要求8所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的吸附方法，其特征在于：步骤3）中，吸附过程的温度为50-70 ℃，气体的流速为1500-2500 mL/h，气体中CO2的体积百分比为10%-100%，吸附时间为0.5-1 h 。
...【技术特征摘要】
1.一种廉价高效二氧化碳捕集材料，其特征在于：所述的二氧化碳捕集材料选用cu-btc。
2.根据权利要求1所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料，其特征在于：cu-btc分别选取三水硝酸铜和1，3，5-苯三甲酸作为金属中心源和有机配体源。
3.根据权利要求2所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料，其特征在于：cu-btc材料选取三氟乙酸（tfa）作为第二有机配体源。
4.基于权利要求3所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中的三水硝酸铜和步骤s2中的1，3，5-苯三甲酸的物质的量之比为1：0.5-1；步骤s1中，三水硝酸铜和无水乙醇的物质的量之比为1：80-120，其中无水乙醇的密度以0.8 g/cm3代入计算。
6.根据权利要求4所述的一种廉价高效二氧化碳捕集材料的制备方法，其特征在于：步骤s2中，1，3，5-苯三甲酸和无水乙醇的物质的量之比为1：60-90，其...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。