一种高效连续二氧化碳循环捕集材料及制备方法与流程
本发明涉及一种二氧化碳捕集材料，具体涉及一种高效连续二氧化碳循环捕集材料及制备方法。
背景技术：
二氧化碳是引起温室效应的主要气体，过高的二氧化碳浓度会导致生态系统的一系列灾难性巨变，将会严重威胁人类生存。将大气中的二氧化碳捕集并储存是一种控制二氧化碳浓度的有效方法。碱性溶液如氢氧化钠溶液是目前对二氧化碳快速高效捕集较为方便快捷的材料，氢氧化钠溶液吸收二氧化碳后变成碳酸钠溶液。但是将碳酸钠转化为氢氧化钠需要引入氢氧化钙并经过一系列高温、干燥、煅烧等过程，因此氢氧化钠的回收是一个高耗能的过程，并且该回收过程伴随着二氧化碳的大量排放，因此采用氢氧化钠进行大气中二氧化碳的循环捕集是不经济的，效率也很低。
纳米多孔材料如沸石分子筛由于具有发达的孔隙结构也被用于作为固体二氧化碳吸附剂。但是吸附了二氧化碳的沸石需要在高温环境下才能解吸附二氧化碳，因此采用沸石进行二氧化碳的循环捕集是一个高耗能的过程，是不实际的。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效连续二氧化碳循环捕集材料及制备方法，该材料为负载有碳酸钠的纳米多孔材料，在实际使用中，仅需改变材料所处环境的湿度即可实现二氧化碳的吸附或解吸附，即通过湿度的改变实现二氧化碳的捕集和吸附剂的再生。该过程理论上可一直循环下去，由此可实现二氧化碳的高效连续循环捕集。相比传统的二氧化碳吸附剂，该发明具有制备成本低，循环过程耗能低，可再生等优点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效连续二氧化碳循环捕集材料，所述捕集材料的有效成分为纳米多孔材料及其负载的碳酸钠，其外观为选用的纳米多孔材料的外观或纳米多孔材料制成的各种膜状或块状结构。
上述所述高效连续二氧化碳循环捕集材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)选用一种孔径小于500nm的纳米多孔材料；
(2)将上述纳米多孔材料浸泡在浓度为1mol/L的碳酸钠溶液中2～3小时；
(3)将上述碳酸钠溶液浸泡过的纳米多孔材料进行常温干燥处理，即可得到最终的二氧化碳循环捕集材料。
优选地，所述纳米多孔材料为沸石分子筛、活性炭或两者组合。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)充分利用纳米多孔材料发达的孔隙结构以及巨大的比表面积，很少的捕集材料即可实现超强的二氧化碳的吸附能力。
(2)捕集材料通过改变湿度即可实现循环再生，同时，循环吸附过程在常温下进行，仅需改变湿度，依靠太阳能即可实现再生方法简单且能耗低。
(3)捕集材料制备方法简单，制备材料成本低，适合大规模制备及应用。
(4)捕集材料对二氧化碳具有极高的选择性。
附图说明
图1是本发明中发生的化学反应自由能随水分子数变化图。
图2是本发明中选用5A分子筛作为纳米多孔材料的二氧化碳循环捕集材料外观图。
图3是本发明中二氧化碳循环捕集材料的的微观结构示意图。
图4是本发明中捕集材料进行试验测试得到的二氧化碳循环吸附图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理和具体实施方式做详细说明：
本发明利用的化学反应为：
上述反应是一个可逆反应，其在纳米孔的约束下反应自由能变化如图1所示。当水分子较少时，反应自由能小于零，反应正向自发进行，生成的氢氧根可以与二氧化碳结合，吸附二氧化碳。当水分子较多时，反应自由能大于零，反应逆向自发进行，氢氧根减少，二氧化碳解吸附。
下面以5A沸石分子筛为具体实施例。称量5g的5A沸石分子筛，浸泡于1mol/L的碳酸钠溶液中2小时，使碳酸根进入分子筛孔隙中。之后过滤掉溶液并对浸泡之后分子筛进行常温干燥得到负载有碳酸钠的沸石分子筛。浸泡、干燥之后的分子筛如图2所示。经过上述方法处理之后的分子筛即可用作二氧化碳循环捕集材料。其微观结构示意图如图3所示，碳酸根及水分子被限制在纳米孔隙内。
图4为对上述方法制备的二氧化碳循环捕集材料进行二氧化碳解吸附/再吸附测试结果图。图中正方形数据点为二氧化碳浓度，三角形数据点为相对湿度。将吸附二氧化碳饱和的捕集材料置于密封环境中，该环境内的气氛与大气相同，同时将湿度检测仪及二氧化碳浓度检测仪也放置于该环境中。升高环境内的湿度，水分子进入捕集材料的孔隙内，随着水分增多，由前述原理可知，逆反应自发进行，氢氧根离子减少，二氧化碳解吸附，环境内二氧化碳浓度升高，直至二氧化碳完全解吸附，即捕集材料实现再生。此时降低湿度，水分子脱离捕集材料，正反应自发进行，氢氧根离子增多，二氧化碳被吸附，环境内二氧化碳浓度降低，说明捕集材料再生后仍可以实现二氧化碳捕集，而且捕集量没有降低。
上述仅是以5A沸石分子筛为具体实施例，需要指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该为本发明的保护范围。
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