高活性的CO2吸附剂及其制备方法与流程

本发明涉及CO₂吸附剂，具体是高活性的CO₂吸附剂及其制备方法。

背景技术：

CO₂作为主要的温室气体，其在大气中的含量与日俱增，造成严重的温室效应，引起了国际社会普遍关注，也成为人类社会面临的急需解决的重要问题。吸附分离技术作为从各类工业排气中捕集CO₂最有效技术之一，一直备受研究者的青睐。而在吸附分离技术中，研发具有高吸附容量、高选择性和良好循环利用性能的CO₂吸附剂成为技术的关键。

目前已有多种能吸附CO₂的吸附剂。纳米氢氧化钙作为吸附CO₂的典型材料，一直被研究，还由于可以去除NOx，可作为固体废物焚烧的脱氯剂、脱硫剂、可环境消纳塑料的高效助剂，所以在环境保护和减少排放方面越来越受到重视。在制备纳米氢氧化钙方面，CN 104069793 A公开一种高吸附活性氢氧化钙纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：CaCl₂放入三颈瓶中，加入去离子水溶解，采用磁力搅拌器搅拌；称取SDS或PEG，加入到三颈瓶中搅拌溶解；NaOH 溶于去离子水中，然后滴入三颈瓶中，搅拌反应0.5h～2.5h得到浆体；将浆体抽滤后，洗涤后干燥，制备出颗粒均匀、呈单分散纳米Ca(OH)₂粉体，颗粒粒度为200nm～300nm。CN1800025公开一种纳米氢氧化钙的制备方法，是在钙离子为原料的液相体系中，采用水溶性高分子聚合物作为模板，超声波震荡1小时，形成无机-高聚物均相体系后，加入碱性溶液，超声波振荡半小时，生成物经洗涤、离心、干燥，制备得到具有高分子包覆层的纳米氢氧化钙，可作为固体废物焚烧的脱氯剂、脱硫剂、可环境消纳塑料的高效助剂；所采用的水溶性高分子聚合物是指PVA124、PEG6000、PAA-NH₄、PVP、PVA124、天然高分子甲壳胺；碱性溶液为在NaOH、KOH或氨水碱性溶液。

上述两种方法中，前者得到的氢氧化钙颗粒粒度太大，比表面积和活性都还不够；后者得到的是具有高分子包覆层的纳米氢氧化钙，并且没有公开所得到的产品的具体参数。另外两者均没有涉及在吸附CO₂方面的情况。

技术实现要素：

为了克服已有技术的缺陷，为解决纳米氢氧化钙吸附CO₂ 提供新的材料和方法，获得颗粒粒度更小、使用更加方便的可以高效吸附CO₂ 的吸附剂，本发明提供一种高活性的CO₂吸附剂及其制备方法。

本发明提供的高活性的CO₂吸附剂的制备方法，包括下述步骤：

1）配制质量分数浓度为0.15~0.4%的CMC水溶液；

2）取上述浓度的CMC水溶液，加入水溶性钙盐或其水溶液，溶解混匀后，静置；

3）动荡下加入碱性溶液，反应完成即得到所述高活性的CO₂吸附剂；

其中：CMC与钙离子的摩尔比为0.2~0.22：1，碱性溶液中氢氧根离子的摩尔数为与钙离子完全反应的量。

所述的混匀方式包括：搅动、震荡、超声处理或其他的可以使得体系达到均一状态的常规方法。所述的动荡是指搅动、震荡、超声处理或其他的可以使得体系处于运动状态的常规方法，便于加入的碱性溶液快速混匀和进行反应。

按照上述的方法，获得液相体系，不需要再经过繁复的处理即可直接可以应用。其中氢氧化钙颗粒粒度在100nm以下，活性更高，对CO₂吸附的效果更好。另外产品体系中没有添加有害物质，可确保使用安全。CMC发挥纳米粒子稳定剂作用，产品在长期储藏（至少6个月）过程中不容易产生粒子聚集而丧失活性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下的选择和改进。

作为优选，在步骤1），CMC水溶液的质量分数浓度为0.2~0.3%。此时，氢氧化钙颗粒粒度在50nm以下。

更优化的方案是：在步骤1），CMC水溶液的质量分数浓度为0.25%。此时，氢氧化钙颗粒粒度在20nm以下。

进一步，在步骤2），静置时间为8~16h。

本发明中，所述水溶性钙盐选自：Ca(NO₃)₂、CaCl₂；碱性溶液选自：NaOH、KOH或氨水。氨水本身能吸收空气中的二氧化碳，有利于提高所得产品的吸附性。

优选地，碱性溶液为NaOH溶液。较好的方案是NaOH溶液浓度为0.05~1mol/L，更好的是NaOH溶液浓度为0.2mol/L。

本发明在步骤3），碱性溶液加入速度为2~10ml/min。这样的连续地缓慢地并且是在动荡下加入碱性溶液，可以使反应进行得更加顺利。

本发明的另一个目的是提供由上述所述的方法制备的高活性的CO₂吸附剂。

附图说明

图1是普通 Ca(OH)₂ 粒子的电镜图，其中粒子直径为~ 2000 nm。

图2是本发明实施例1方法所得的Ca(OH)₂纳米粒子高活性的CO₂吸附剂的电镜图，其中粒子直径为~ 100 nm。

图3是本发明实施例1方法所得的Ca(OH)₂纳米粒子产物的XRD图。

图4是本发明实施例1方法所得的吸附剂产品与单纯CMC的红外光谱对比图。

图5是CMC浓度对Ca(OH)₂纳米粒子的影响曲线图。图中显示在CMC质量分数浓度为0.25%时，Ca(OH)₂纳米粒子直径最小，可达20nm以下。在CMC水溶液的质量分数浓度为0.2~0.3%时，氢氧化钙颗粒粒度在50nm以下。在CMC水溶液的质量分数浓度为0.15~0.4%时，氢氧化钙颗粒粒度在100nm以下。

图6是本发明实施例1方法所得的Ca(OH)₂纳米粒子高活性的CO₂吸附剂对CO₂吸收结果曲线图。

具体实施方式

实施例1

配制质量分数为0.25%CMC水溶液，取上述浓度的CMC水溶液50mL（CMC的量为0.00052mol），加入0.2778g（钙离子的摩尔数为0.0025mol）CaCl₂，振荡2h后，静置12h，以流速为4ml/min加入浓度为0.2mol/L的NaOH溶液25ml（NaOH中的氢氧根离子量为0.005mol），振荡1.5 h，得到纳米氢氧化钙吸附剂即本发明所述的高活性的CO₂吸附剂。

实施例2

配制质量分数为0.25%CMC水溶液，取上述浓度的CMC水溶液50mL（CMC的量为0.00052mol），加入0. 2778g（钙离子的摩尔数为0.0025mol）CaCl₂，振荡2h后，静置12h，以流速为4ml/min加入浓度为0.2mol/L的KOH溶液25ml（KOH中的氢氧根离子量为0.005mol），振荡1.5 h，得到纳米氢氧化钙吸附剂即本发明所述的高活性的CO₂吸附剂。

实施例3

配制质量分数为0.25%CMC水溶液，取上述浓度的CMC水溶液50 mL（CMC的量为0.00052mol），加入0.2778 g（钙离子的摩尔数为0.0025mol）CaCl₂，振荡2h后，静置12h，以流速为4ml/min加入浓度为0.2mol/L的氨水25ml（NH₃·H₂O中的氢氧根离子量为0.005mol），振荡1.5 h，得到纳米氢氧化钙吸附剂即本发明所述的高活性的CO₂吸附剂。

实施例4

取实施例1的产品进行CO₂吸收实验，检测经过吸附处理后的空气中的CO₂浓度，经过显示在40分钟时间内，检测到的CO₂浓度几乎为零（如图6），说明吸附效果很好。