本发明专利技术公开了一种用于吸附CO2的改性钛纳米管吸附剂及其制备方法和应用。吸附剂由有机胺负载在钛纳米管上构成，所述的有机胺的质量占所述改性钛纳米管吸附剂总质量的30～60％；制备方法为：将有机胺溶于醇溶液中，按比例加入干燥后的钛纳米管，搅拌1～3小时，去除溶剂真空干燥即得；并将制得的吸附剂用于烟气净化。本发明专利技术用有机胺修饰钛纳米管，有机胺的碱性氨基与钛纳米管的氢质子之间的化学结合比单纯的物理吸附更稳定，制得的改性钛纳米管吸附剂热稳定性好，较高温度下CO2吸附容量高，具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化工
，具体涉及一种用于吸附CO2的改性钛纳米管吸附剂及其制备和应用。
技术介绍
控制温室效应、应对全球气候变化的根本在于削减固定源和移动源的CO2排放量。 我国CO2排放量已超越美国跃居世界第一；且长期以煤炭为主要能源的能耗结构使得碳排放强度也很高。在“后京都时代”，作为签字国之一，我们必然会面临巨大的减排压力。如何在保持足够发展空间的前提下，理智的协调国际关系，积极应对碳排放问题是我国面临的一个巨大挑战。CCS (CO2 capture and storage)是一种行之有效的CO2排放量控制技术。考虑到我国现有燃煤电厂的实际情况，燃烧后CO2捕集技术成为减排温室气体可选的主要路线。目前，对于CO2的捕集和分离方法主要包括吸收法和吸附法。工艺较为成熟的化学吸收法通常采用单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)等吸收剂，但是这些吸收剂再生困难，能耗大。多孔材料吸附法是一种颇有前景的气体分离方法，它克服了吸收法选择性差、运行费用高、腐蚀设备、易造成二次污染等缺点，具有工艺过程简单，能耗、投资费用低，易实现自动化操作等优势。考虑到燃煤电厂的实际烟气条件，使用在中温(70 150°C )条件下具有高吸附量、高选择性、循环使用性能稳定的吸附材料可以大大降低CO2的分离成本和电厂运行成本。活性炭、沸石分子筛、碳分子筛等是常见的吸附材料。虽然这些材料在室温下对CO2的吸附容量相对较高，但其吸附量随着温度的升高迅速下降；并且在水分、N2等其它气体存在的情况下，CO2的选择吸附性也会受到严重影响。近年来有机胺改性的介孔材料引起了广泛关注。很多研究学者在规整的介孔孔道中接枝或物理吸附有机胺类改性剂。接枝法改性材料中的氨基活性位有限，故吸附容量相对较低。浸溃法将高质量百分比的有机胺引入孔道结构中，有机胺高度分散，其碱性氨基基团和CO2化学结合,实现了高吸附量和高选择性。Song等人(Journal of the American Chemical Society, 2009，131 (16)，5777)将 PEI 浸溃到 SBA-15、MCM-41 的介孔孔道中，在 15KPa CO2分压、75°C下分别获得了 140、89. 2mg/g的CO2吸附量。申请号为201010586069. 9 的中国专利文献提出了一种聚丙烯亚胺负载改性的多孔硅胶和硅基有序介孔材料等，并将其用于C02、S02等酸性气体的吸附。虽然这些有机改性介孔材料一般都具有吸附容量大、吸附选择性高的优点，但是有机胺物理吸附在介孔材料中，改性吸附剂的热稳定性无法保证； 并且介孔材料制备过程复杂，需大量的有机溶剂和模板剂，大大提高了生产和使用成本
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于吸附CO2的改性钛纳米管吸附剂及其制备和应用。用有机胺修饰钛纳米管，有机胺的碱性氨基与钛纳米管的氢质子之间的化学结合比单纯的物理吸附更稳定，制得的改性钛纳米管吸附剂热稳定性好，较高温度下CO2吸附容量高。一种用于吸附CO2的改性钛纳米管吸附剂，由有机胺负载在钛纳米管上构成，所述的有机胺的质量占所述改性钛纳米管吸附剂总质量的30 60%。钛纳米管比表面积大，孔道丰富，有一定的吸附能力；有机胺富含有氨基基团，与 CO2等烟气中的酸性气体有很强的反应性。将有机胺负载在钛纳米管的孔道中形成复合吸附剂，其表面形成了丰富的CO2亲和性氨基基团，提高了 0)2吸附能力；同时又能快速吸附脱附。钛纳米管结构中丰富的氢质子与有机胺的氨基化学结合，相比单纯的物理吸附更牢固， 因此材料的热稳定性更好。胺类负载要求钛纳米管有大孔容和大比表面积。钛纳米管作为基底材料，其结构特征直接影响改性剂的负载量，进而影响到CO2的吸附容量。一种优选的技术方案，所述的钛纳米管内径为3. 5 6nm，具有2 5层管壁，比表面积为300 550m2/g，孔容为0. 8 I. 2ml/g,所述的钛纳米管长度大于300nm。本专利技术采用水热法制备钛纳米管，参考N Viriya-empikul等人在文献A step towards length control of titanate nanotubes using hydrothermal reaction with sonication pretreatment(N Viriya-empikul, N Sano, T Charinpanitkul, et al. Nanotechnology, 2008,19,035601)中公开的方法,引入了超声分散手段。该方法简单易行，与介孔材料的制备过程相比，省去了大量的有机溶剂和模板剂，对环境污染小，经济成本更低。 作为一种优选的技术方案，所述的钛纳米管由如下方法制得(I)将纳米级4 8g TiO2粉末分散到100 180ml 8 12M NaOH水溶液中，持续搅拌30min后,超声振荡10 60min,得到白色乳池液；(2)将所述白色乳浊液在120 200°C下恒温12 36小时得白色沉淀；(3)将所述白色沉淀用稀盐酸洗涤至pHl. 5 2，再用去离子水洗涤至中性后真空干燥得到水热法制备的钛纳米管。使用前将钛纳米管在80 120°C烘箱中充分干燥水热法制备钛纳米管的过程中碱液浓度、晶化温度、晶化时间等参数，洗涤过程等后续处理对钛纳米管的形貌影响较大。采用上述方法制备得到的钛纳米管的管长、比表面积相比其它方法有所提闻，纳米管形貌完整，管长超过300nm,比表面积和孔容大相对提闻， 是良好的有机胺改性基底材料。所述的纳米级TiO2粉末可采用任何实验室或市售的气相法工艺生产的高度分散的P25粉末。本专利技术中所述的纳米级TiO2粉末是由羸创德固赛(EVONIK)公司提供的 Aeroxide TiO2 P25，其 BET 表面积为 50± 15m2/g，平均粒径 21nm。理论上，有机胺负载改性钛纳米管对于CO2的吸附容量与氨基基团的数目直接相关。在一定的比例范围内，随着有机胺负载量的提高，氨基活性位增加，吸附容量也逐渐增力口。但是当有机胺的负载比例过大时，钛纳米管的孔容被完全填充，部分有机胺覆盖在钛纳米管表面，阻碍CO2分子的扩散，反而造成吸附能力下降。因此作为一种优选的技术方案， 所述的有机胺的质量占所述改性钛纳米管吸附剂总质量的40 50%,在这个比例范围内， 有机胺类占据钛纳米管绝大部分孔道，其吸附性能最佳。更优选地，所述的有机胺的质量占所述改性钛纳米管吸附剂总质量的50%。氨基基团丰富的有机胺是理想的改性剂。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述的有机胺为二乙醇胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺和聚乙烯亚胺中的至少一种，其中聚乙烯亚胺的均分子量为600 10000，一般可采用市售的600、1800和10000三种。作为一种更优选的技术方案，所述的有机胺为二乙醇胺和四乙烯五胺的混合物。所述的二乙醇胺和四乙烯五胺的质量比为I : 1，所述的二乙醇胺和四乙烯五胺的负载量为50%。此时，吸附剂的吸附效果较好，100°C下的CO2吸附量超过180mg/g。作为另一种更优选的技术方案，所述的有机胺为聚乙烯亚胺，所述的聚乙烯亚胺的质量占所述改性钛纳米管吸附剂总质量的50%。此时吸附剂在100°C下的吸附量超过170mg/g。 本专利技术还本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠标，刘洁，刘越，王海强，翁小乐，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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