利用活性材料或改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法及其应用与流程

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种捕获及富集空气中二氧化碳的方法及其应用。

背景技术

随着人类社会的发展，空气中的二氧化碳浓度从工业革命前的1750年的280ppm逐渐上升到1999年的367ppm，2005年时迅速上升到379ppm。二氧化碳浓度的快速增加导致了严重的温室效应。如何降低空气中的二氧化碳浓度并充分利用二氧化碳，是学术界和工业界的热点。

由于空气中的二氧化碳浓度相对工业废气和天然气中的二氧化碳来说很低，工业上处理废气和天然气预处理的方法技术不适用于在常温常压下对其进行捕获及富集，常温常压下捕获及富集空气中的二氧化碳一直是一项很大的挑战。目前可行的方法和技术还不多，主要有：1、碱性溶液，虽然其吸收二氧化碳的过程成本低，但再生即解吸二氧化碳成本高昂；2、胺修饰的氧化物，虽然其吸附能力和稳定性均较好，但吸附时间往往长达数小时，导致工作效率偏低；3、胺修饰的金属有机骨架材料，这类材料文献报道很多，但其成本昂贵，还未见有供大规模应用的产品销售；4、低温分离，利用两阶段压缩冷凝的方法把二氧化碳液化或固化成干冰，再以蒸馏的方法，把二氧化碳从液化或固化的不纯物中分离出来，此技术能耗高、需专用设备，不适于家庭应用；5、膜分离技术，此技术还处于研究阶段，成本高，暂时无法大规模应用。

总体来说，在常温常压下对空气中的二氧化碳进行捕获及富集的传统方法缺点明显，而对新材料、新方法的研发还处于发展阶段，短期内无法得到大规模应用。因此，目前急需一种能够在常温常压下高效吸附空气中的二氧化碳的方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够长期、高效吸附空气中的二氧化碳的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术手段是提供了一种捕获及富集空气中二氧化碳的方法，该方法利用活性材料在常温常压下捕获及富集空气中二氧化碳；所述活性材料为离子交换树脂、沸石分子筛、活性氧化铝或活性炭。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述捕获及富集空气中二氧化碳的时间为不少于30min。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述离子交换树脂为氢氧型强碱型阴离子交换树脂或氢氧型弱碱型阴离子交换树脂。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述离子交换树脂的粒径为0.1～5.0mm。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述沸石分子筛为x型、y型、a型、β型或zsm型中的至少一种。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述沸石分子筛的粒径为1～10mm。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述活性氧化铝为γ型、ρ型、η型、χ型或χ-ρ型中的至少一种。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述活性氧化铝的粒径为1～10mm。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述活性炭为木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭或煤质活性炭中的至少一种。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述活性炭的粒径为1～10mm。

其中，上述所述的利用活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，当活性材料为离子交换树脂时，捕获及富集空气中二氧化碳的条件还包括相对湿度不高于80％。

本发明为解决上述技术问题，还提供了另一种能够更有效捕获及富集空气中二氧化碳的方法，该方法利用改性活性材料在常温常压下捕获及富集空气中二氧化碳；所述改性活性材料为改性沸石分子筛、改性活性氧化铝或改性活性炭。

其中，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述捕获及富集空气中二氧化碳的时间为不少于30min。

其中，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性沸石分子筛为使用金属盐与沸石分子筛反应，形成的由金属离子修饰的沸石分子筛。

优选的，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性沸石分子筛由以下方法制备得到：将沸石分子筛装入反应容器中，惰性气体保护下，将浓度为0.1～2.0m的金属盐溶液加入到反应容器中，调节金属盐溶液的流出速度为0.5～15ml/s，30～300min后停止加入金属盐溶液，经洗涤、干燥，得改性沸石分子筛。

其中，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性活性氧化铝为改性活性氧化铝a、改性活性氧化铝b或改性活性氧化铝c中的至少一种。

其中，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性活性氧化铝a为使用金属氢氧化物溶液处理活性氧化铝，形成的具有新结构的活性氧化铝。

优选的，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性活性氧化铝a由以下方法制备得到：将活性氧化铝装入到反应容器中，然后将浓度为0.1～3.0m的金属氢氧化物溶液加入反应容器中循环0.5～24h，经过滤、洗涤、干燥，得改性活性氧化铝a；其中，活性氧化铝与金属氢氧化物溶液的质量体积比为1：0.5～10。

其中，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性活性氧化铝b是为使用碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液处理活性氧化铝后，形成的含有碳酸盐或碳酸氢盐的活性氧化铝复合物。

优选的，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性活性氧化铝b由以下方法制备得到：将活性氧化铝装入到反应容器中，然后将浓度为0.1～5.0m的碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液加入反应容器中循环0.5～48h，经过滤、洗涤、干燥，得改性活性氧化铝b；其中，活性氧化铝与碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液的质量体积比为1：0.5～10。

其中，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性活性氧化铝c为先使用金属氢氧化物溶液处理活性氧化铝后，再经碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液处理，形成的含有碳酸盐或碳酸氢盐的活性氧化铝复合物。

优选的，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性活性氧化铝c由以下方法制备得到：将活性氧化铝装入到反应容器中，然后将浓度为0.1～5.0m的金属氢氧化物溶液加入反应容器中循环0.5～24h，经过滤、洗涤、干燥，将所得固体装入到反应容器中，再将浓度为0.1～5.0m的碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液加入反应容器中循环0.5～48h，经过滤、洗涤、干燥，得改性活性氧化铝c；其中，活性氧化铝与金属氢氧化物溶液的质量体积比为1：0.5～10；活性氧化铝与碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液的质量体积比为1：0.5～10。

其中，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性活性炭为使用碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液处理活性炭，形成的含有碳酸盐或碳酸氢盐的活性炭复合物。

优选的，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述改性活性炭由以下方法制备得到：将活性炭装入到反应容器中，然后将浓度为0.1～5.0m的碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液加入反应容器中循环0.5～48h，经过滤、洗涤、干燥，得改性活性炭；其中，活性炭与碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液的质量体积比为1：0.5～10。

优选的，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述金属盐为氯化钙、氯化锂、氯化钾、硝酸钙、硝酸钾、硫酸钾或碳酸钾中的至少一种。

优选的，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙中的至少一种。

优选的，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾中的至少一种。

优选的，上述所述的利用改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法中，所述碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾中的至少一种。

本发明还将上述利用活性材料或改性活性材料捕获及富集空气中的二氧化碳应用于作物生长中，活性材料或改性活性材料捕获及富集空气中的二氧化碳后，将活性材料或改性活性材料中吸附的二氧化碳解吸出来，作为二氧化碳气肥，即可用于促进生物的生长，例如用于促进微藻的生长。

上述所述的将利用活性材料或改性活性材料捕获及富集空气中的二氧化碳应用于微藻养殖中时，当活性材料为离子交换树脂时，解吸的条件为相对湿度高于40％，时间5～120min；当材料为沸石分子筛、活性氧化铝、活性炭、改性沸石分子筛、改性活性氧化铝或改性活性炭时，解吸的条件为300～500℃加热0.5～5h。

本发明中，所述质量体积比的含义为：固体以质量计，溶液以体积计，在相同数量级单位下的比值，例如上述所述的活性炭与碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液的质量体积比为1：0.5～10，可以为活性炭以g为单位，碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液以ml为单位。

本发明还为利用沸石分子筛、活性氧化铝、活性炭、改性沸石分子筛、改性活性氧化铝或改性活性炭捕获及富集空气中的二氧化碳、解吸二氧化碳提供了一种解吸盒，其包括盒体(1)、加热元件(3)和上盖(4)；其中，盒体(1)至少一端具有开口，加热元件(3)安装在盒体(1)内，上盖(4)安装在盒体(1)一端开口。

本发明还为利用离子交换树脂捕获及富集空气中的二氧化碳、解吸二氧化碳提供了一种解吸盒，其包括盒体(1)、加热元件(3)、上盖(4)和加湿器(5)；其中，盒体(1)至少一端具有开口，加热元件(3)安装在盒体(1)内，上盖(4)安装在盒体(1)一端开口，加湿器(5)与盒体(1)内部连通。

优选的，上述解吸盒中还包括风扇(2)，盒体(1)两端具有开口，上盖(4)安装在盒体(1)一端开口，风扇(2)安装在盒体(1)另一端的开口。

本发明的有益效果是：

本发明利用活性材料及改性活性材料捕获及富集空气中的二氧化碳，将二氧化碳解吸后用于微藻养殖，降低了空气中的二氧化碳含量，并且充分利用了二氧化碳；经本发明改性方法改性之后的活性材料从空气中捕获及富集二氧化碳的能力有较大提升，且经过长期的吸附-解吸循环使用后，仍保持较稳定的对二氧化碳的吸附和解吸能力；本发明所使用的二氧化碳为空气中已有的物质，不会造成二氧化碳产生和温室效应，具有良好的应用前景；利用空气中的二氧化碳进行微藻养殖，不仅环保而且能够充分利用看似无用的资源，产生的大量藻体具有很好的利用价值，具有高度的工业化潜力。

附图说明

图1为强碱型阴离子交换树脂(氢氧型)和弱碱型阴离子交换树脂(氢氧型)解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图2为10x型沸石分子筛及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图3为13x型沸石分子筛及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图4为y型沸石分子筛及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图5为4a型沸石分子筛及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图6为5a型沸石分子筛及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图7为zsm-5型沸石分子筛及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图8为γ型活性氧化铝及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图9为ρ型活性氧化铝及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图10为η型活性氧化铝及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图11为χ型活性氧化铝及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图12为χ-ρ型活性氧化铝及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图13为木质活性炭及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图14为果壳活性炭及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图15为椰壳活性炭及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况图。

图16为煤质活性炭及其改性后活性材料解吸二氧化碳用于微藻养殖，微藻的生物量变化情况。

图17为本发明二氧化碳吸附-解吸装置的分解结构示意图，其中1为盒体、2为风扇、3为加热元件、4为上盖、5为加湿器。

图18为本发明二氧化碳吸附-解吸装置的分解结构示意图，其中1为盒体、2为风扇、3为加热元件、4为上盖。

具体实施方式

本发明提供了两种捕获及富集空气中二氧化碳的方法；具体的，其中一种方法为利用活性材料在常温常压捕获及富集空气中二氧化碳；所述活性材料为离子交换树脂、沸石分子筛、活性氧化铝或活性炭。

离子交换树脂是带有官能团、具有网状结构、不溶性的高分子化合物，广泛应用于水处理、食品工业、制药行业、环境保护等行业；沸石分子筛(zeolite)是一种广泛应用于气体分离纯化、离子交换、催化反应的无机晶体材料；活性氧化铝(activatedalumina)是一种多孔性、高分散度的固体材料，有很大的表面积，广泛用作催化剂、催化剂载体；活性炭(activatedcarbon)是一种经特殊处理的炭,具有无数细小孔隙,表面积巨大，具有很强的物理吸附和化学吸附能力。

本发明中离子交换树脂(氢氧型)、沸石分子筛、活性氧化铝和活性炭均能吸附并解吸二氧化碳；所述离子交换树脂为氢氧型强碱型阴离子交换树脂或氢氧型弱碱型阴离子交换树脂；所述沸石分子筛为x型、y型、a型、β型或zsm型中的至少一种；所述活性氧化铝为γ型、ρ型、η型、χ型或χ-ρ型中的至少一种；所述活性炭为木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭或煤质活性炭中的至少一种。

活性材料阴离子交换树脂(氢氧型)在低相对湿度(不高于80％)下吸附二氧化碳，在高相对湿度(高于40％)下解吸二氧化碳，即要求具体一个实验中，吸附二氧化碳的相对湿度要比解吸的相对湿度要低；沸石分子筛、活性氧化铝或活性炭在常温常压下吸附空气中的二氧化碳后，于300～500℃加热0.5～5h，可基本将吸附的二氧化碳解吸。为了提高产品工作效率同时尽可能富集二氧化碳，活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的时间不少于30min。

具体的，另一种能够更有效捕获及富集空气中二氧化碳的方法为利用改性活性材料在常温常压捕获及富集空气中二氧化碳；所述改性活性材料为改性沸石分子筛、改性活性氧化铝或改性活性炭，即将上述所述的沸石分子筛、活性氧化铝和活性炭进行改性。

为了提高产品工作效率同时尽可能富集二氧化碳，改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的时间不少于30min；改性沸石分子筛、改性活性氧化铝或改性活性炭在常温常压下吸附空气中的二氧化碳后，于300～500℃加热0.5～5h，可基本将吸附的二氧化碳解吸。

本发明中，所述改性沸石分子筛为使用金属盐(如氯化钙、氯化锂、氯化钾、硝酸钙、硝酸钾、硫酸钾或碳酸钾)与沸石分子筛反应，金属盐中的阳离子替换沸石分子筛中的阳离子，形成的由金属离子修饰的沸石分子筛，使沸石分子筛的吸附性能发生改变；其可由以下方法制备得到：将沸石分子筛装入反应容器中，惰性气体保护下，将浓度为0.1～2.0m的金属盐溶液加入到反应容器中，调节金属盐溶液的流出速度为0.5～15ml/s，30～300min后停止加入金属盐溶液，经洗涤、干燥，得改性沸石分子筛。

本发明中改性活性氧化铝可通过三种方法对活性氧化铝改性获得，改性活性氧化铝为改性活性氧化铝a、改性活性氧化铝b或改性活性氧化铝c中的至少一种。

其中，所述改性活性氧化铝a为使用金属氢氧化物(如氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化钙)溶液处理活性氧化铝，形成的具有新结构的活性氧化铝；金属氢氧化物与活性氧化铝发生化学反应，金属氢氧化物腐蚀活性氧化铝内部孔道，使活性氧化铝的孔容、比表面积等发生变化，从而使活性氧化铝形成新的结构；其可由以下方法制备得到：将活性氧化铝装入到反应容器中，然后将浓度为0.1～3.0m的金属氢氧化物溶液加入反应容器中循环0.5～24h，经过滤、洗涤、干燥，得改性活性氧化铝a；其中，活性氧化铝与金属氢氧化物溶液的质量体积比为1：0.5～10。

其中，所述改性活性氧化铝b是为使用碳酸盐(如碳酸钠或碳酸钾)溶液或碳酸氢盐(如碳酸氢钠或碳酸氢钾)溶液处理活性氧化铝后，碳酸盐或碳酸氢盐进入到活性氧化铝内部孔道中，与活性氧化铝物理结合，形成的含有碳酸盐或碳酸氢盐的活性氧化铝复合物；其可由以下方法制备得到：将活性氧化铝装入到反应容器中，然后将浓度为0.1～5.0m的碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液加入反应容器中循环0.5～48h，经过滤、洗涤、干燥，得改性活性氧化铝b；其中，活性氧化铝与碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液的质量体积比为1：0.5～10。

其中，所述改性活性氧化铝c为先使用金属氢氧化物溶液处理活性氧化铝后，再经碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液处理，形成的含有碳酸盐或碳酸氢盐的活性氧化铝复合物；其可由以下方法制备得到：将活性氧化铝装入到反应容器中，然后将浓度为0.1～5.0m的金属氢氧化物溶液加入反应容器中循环0.5～24h，经过滤、洗涤、干燥，将所得固体装入到反应容器中，再将浓度为0.1～5.0m的碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液加入反应容器中循环0.5～48h，经过滤、洗涤、干燥，得改性活性氧化铝c；其中，活性氧化铝与金属氢氧化物溶液的质量体积比为1：0.5～10；活性氧化铝与碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液的质量体积比为1：0.5～10。

本发明中改性活性炭为使用碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液处理活性炭，碳酸盐或碳酸氢盐进入到活性炭内部孔道中，与活性炭物理结合，形成的含有碳酸盐或碳酸氢盐的活性炭复合物；其可由以下方法制备得到：将活性炭装入到反应容器中，然后将浓度为0.1～5.0m的碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液加入反应容器中循环0.5～48h，经过滤、洗涤、干燥，得改性活性炭；其中，活性炭与碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液的质量体积比为1：0.5～10。

本发明制备改性活性材料时，后处理中都需要进行洗涤和干燥，制备改性沸石分子筛时，后处理中，洗涤一般采用3～6倍体积(体积的倍数相对于活性材料的质量而言)的去离子水清洗3～5次，然后在250～500℃真空干燥24～36h，再以50～500ml/min的速度通入惰性气体1～4h，防止空气中的氧气将材料氧化。

制备改性活性氧化铝或改性活性炭时，后处理中，洗涤一般采用1-6倍体积的去离子水清洗1～5次，然后在50～300℃干燥1～24h，然后1～2h内升温至400～500℃真空干燥处理24～36h，防止高温下氧化反应发生。

由于本发明利用活性材料或改性活性材料捕获及富集空气中的二氧化碳，因此将活性材料或改性活性材料中吸附的二氧化碳解吸出来后，可以作为二氧化碳气肥，应用于促进以二氧化碳为生长养分的生物的生长，例如用于促进微藻生长。此外，发明人指出，活性材料包括但不限于离子交换树脂、沸石分子筛、活性氧化铝或活性炭，改性活性材料包括但不限于改性沸石分子筛、改性活性氧化铝或改性活性炭，只要材料具备吸附二氧化碳的能力都能用于生物生长。

本发明中经金属离子改性后的沸石分子筛、经金属氢氧化物溶液改性的活性氧化铝、经碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液改性的活性氧化铝、先经金属氢氧化物溶液改性再经碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液改性的活性氧化铝、经碳酸盐溶液或碳酸氢盐溶液改性的活性炭具有更强的二氧化碳吸附能力，并且经过长期的吸附-解吸循环使用后仍然能够保持较稳定的二氧化碳吸附和解吸能力。因此，本发明中改性活性材料更适用于在促进生物生长中进行应用。

微藻是自然界中利用二氧化碳最多的生物，具有光合速率高、繁殖快、环境适应性强、处理效率高、可调控以及易与其他工程技术集成等优点，且可获得高效、立体、高密度的培养技术，同时固碳后产生大量的藻体具有很好的利用价值，因此具有高度的工业化潜力。

如图17所示，根据本发明的实施例，所述解吸盒a包括二氧化碳解吸盒1、风扇2、加热元件3、上盖4和加湿器5。

具体地，盒体1两端具有开口，加热元件3安装在盒体1内，上盖4安装在盒体1一端开口，风扇2安装在盒体1另一端开口，加湿器5与盒体1内部连通。离子交换树脂装载于盒体1内部，风扇2将空气吹入解吸盒1，加热元件3将吹入的空气加热，热空气使离子交换树脂的湿度降低，离子交换树脂从而吸附空气中的二氧化碳，一定时间后，关闭风扇2和加热元件3，启动加湿器5，加湿器5将水通过微波汽化，并将汽化的水吹入解吸盒1中，离子交换树脂湿度增加，将吸附的二氧化碳释放，由上盖4逸出。

如图18所示，根据本发明的实施例，所述解吸盒b包括二氧化碳解吸盒1、风扇2、加热元件3和上盖4。

具体地，盒体1两端具有开口，加热元件3安装在盒体1内，上盖4安装在盒体1一端开口，风扇2安装在盒体1另一端开口。活性材料或改性活性材料装载于解吸盒1内部，风扇2将空气吹入解吸盒1，活性材料或改性的活性材料从而吸附空气中的二氧化碳，一定时间后，关闭风扇2，启动加热元件3，活性材料或改性的活性材料受热之后，将吸附的二氧化碳释放，由上盖4逸出。

上述解吸盒a和b中，安装风扇是为了使大量空气流过活性材料或改性活性材料，便于材料吸附更多的二氧化碳，加快吸附或解吸的速度，可根据实际需要决定是否安装风扇，当不安装风扇时，盒体至少有一端开口即可。

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。

本发明实施例中所采用的二氧化碳检测装置为深圳市元特科技有限公司生产的型号为sky2000-co2-m的便携式二氧化碳检测仪。

本发明实施例中，所采用的离子交换树脂的粒径为0.1～5.0mm；所述沸石分子筛的粒径为1～10mm；所述活性氧化铝的粒径为1～10mm；所述活性炭的粒径为1～10mm。

本发明实施例1～14同时平行进行3次，结果取3次的平均值，并计算标准差。

实施例1～14中表1～13“二氧化碳浓度”列中“x±s”，“x”表示平行试验的平均值，“s”为3次平行实验的标准差。

实施例1～12中表1～12“二氧化碳浓度”列二氧化碳浓度数据的上标中，“＊”表示改性活性材料与改性前活性材料相比，p＜0.05，差异显著；“＊＊”表示改性活性材料与改性前活性材料相比，p＜0.01，差异极显著；“##”表示活性材料或改性活性材料与空解吸盒a或空解吸盒b相比，p＜0.01，差异极显著。

实施例15图1～16中，“＊”表示活性材料或改性活性材料与空气相比，p＜0.05，差异显著；“＊＊”表示活性材料或改性活性材料与空气相比，p＜0.01，差异极显著；“#”表示改性活性材料与改性前活性材料相比，p＜0.05，差异显著；“##”表示改性活性材料与改性前活性材料相比，p＜0.01，差异极显著。

实施例1：常温常压下离子交换树脂吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、分别将150g强碱型阴离子交换树脂(氢氧型)和弱碱型阴离子交换树脂(氢氧型)装载于两个解吸盒a中；

(2)、在相对湿度50％的室温条件下，向解吸盒a中通入空气10min；

(3)、将解吸盒a放入容积1.5l的密闭容器中，向容器中通入水蒸气，使解吸盒a内的相对湿度升至70％，维持50min，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(4)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表1。

表1离子交换树脂吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例2：常温常压下沸石分子筛吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、分别将150g的10x型、13x型、y型、4a型、5a型和zsm-5型沸石分子筛装载于六个解吸盒b中；

(2)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气90min；

(3)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的沸石分子筛至350℃，维持2.5h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(4)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表2。

表2沸石分子筛吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例3：氯化钾改性沸石分子筛，并且在常温常压下吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、分别将500g的10x型、13x型、y型、4a型、5a型和zsm-5型沸石分子筛装入六个离子交换柱中，以430ml/min的速度通入氦气1.5h；

(2)、将氯化钾用去离子水溶解，得到浓度为0.5m的氯化钾溶液；

(3)、将氯化钾溶液加入到离子交换柱中，调节阀门使氯化钾溶液以1ml/s的速度流出；

(4)、50min后停止加入氯化钾溶液，用5倍体积的去离子水冲洗沸石分子筛3次；

(5)、将用去离子水冲洗的沸石分子筛取出，1h内升温至450℃并在真空下干燥36h，将干燥后的沸石分子筛以100ml/min的速度通入氦气2h，得到金属钾离子改性沸石分子筛；其中，10x型、13x型、y型、4a型、5a型和zsm-5型沸石分子筛经改性后，质量分别为：530g、517g、543g、524g、527g和511g；

(6)、分别将上述不同型号的金属钾离子改性沸石分子筛150g装载于六个解吸盒b中；

(7)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气90min；

(8)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的改性沸石分子筛至350℃，维持2.5h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(9)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表3。

表3氯化钾改性沸石分子筛吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例4：常温常压下活性氧化铝吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、分别将150g的γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型装载于五个解吸盒b中；

(2)在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气90min；

(3)将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的活性氧化铝至500℃，维持3h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(4)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表4。

表4活性氧化铝吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例5：碳酸钾改性活性氧化铝，并且在常温常压下吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、将碳酸钾用去离子水溶解，得到浓度为0.2m的碳酸钾溶液；

(2)、分别将200g的γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型活性氧化铝装入到五个反应柱中，加入800ml碳酸钾溶液，使溶液在反应柱中循环1h；

(3)、弃去液体，收集活性氧化铝，用5倍体积的去离子水清洗3次，之后于90℃处理16h，然后2h内升温至500℃真空干燥处理36h，得到碳酸钾改性活性氧化铝；其中，γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型活性氧化铝经改性后，质量分别为：236g、232g、223g、221g、208g和211g；

(4)、分别将上述不同型号的碳酸钾改性活性氧化铝150g装载于五个解吸盒b中；

(5)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气90min；

(6)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的改性活性氧化铝至500℃，维持3h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(7)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表5。

表5碳酸钾改性活性氧化铝吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例6：碳酸氢钾改性活性氧化铝，并且在常温常压下吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、将碳酸氢钾用去离子水溶解，得到浓度为0.5m的碳酸氢钾溶液；

(2)、分别将200g的γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型活性氧化铝装入到五个反应柱中，加入800ml碳酸氢钾溶液，使溶液在反应柱中循环2h；

(3)、弃去液体，收集活性氧化铝，用5倍体积的去离子水清洗5次，之后于200℃处理24h，然后2h内升温至500℃真空干燥处理36h，得到碳酸氢钾改性活性氧化铝；其中，γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型活性氧化铝经改性后，质量分别为：231g、245g、239g、218g和215g；

(4)、将上述不同型号的碳酸氢钾改性活性氧化铝150g装载于五个解吸盒b中；

(5)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气90min；

(6)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的改性活性氧化铝至500℃，维持3h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(7)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表6。

表6碳酸氢钾改性活性氧化铝吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例7：氢氧化钠改性活性氧化铝，并且在常温常压下吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、将氢氧化钠用去离子水溶解，得到浓度为2.5m的氢氧化钠溶液；

(2)、分别将100g的γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型活性氧化铝装入到五个反应柱中，加入500ml氢氧化钠溶液，使溶液在反应柱中循环24h；

(3)、弃去液体，收集活性氧化铝，用1倍体积的去离子水清洗2次，之后于90℃处理12h，然后2h内升温至400℃真空干燥处理24h，得到氢氧化钠改性活性氧化铝；其中，γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型活性氧化铝经改性后，质量分别为：92g、89g、97g、92g和91g；

(4)、将150g氢氧化钠改性活性氧化铝装载于解吸盒b中；

(5)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气90min；

(6)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的改性活性氧化铝至500℃，维持3h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(7)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表7。

表7氢氧化钠改性活性氧化铝吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例8：先经氢氧化钠改性，再经碳酸钾改性活性氧化铝，并且在常温常压下吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、将氢氧化钠用去离子水溶解，得到浓度为2m的氢氧化钠溶液；

(2)、分别将500g的γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型活性氧化铝装入到五个反应柱中，加入2500ml氢氧化钠溶液，使溶液在反应柱中循环24h；

(3)、弃去液体，收集活性氧化铝，用1倍体积的去离子水清洗2次，之后于90℃处理24h，然后1h内升温至500℃真空干燥处理24h，得到氢氧化钠改性活性氧化铝；

(4)、将碳酸钾用去离子水溶解，得到浓度为0.5m的碳酸钾溶液；

(5)、分别将步骤(3)得到的不同型号的氢氧化钠改性活性氧化铝装入到五个反应柱中，加入2500ml碳酸钾溶液，使溶液在反应柱中循环24h；

(6)、弃去液体，收集活性氧化铝，用5倍体积的去离子水清洗5次，之后于90℃处理16h，然后1h内升温至500℃真空干燥处理24h，得到先经氢氧化钠改性、再经碳酸钾改性活性氧化铝；其中，γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型活性氧化铝经改性后，质量分别为：510g、525g、513g、501g和491g；

(7)、分别将步骤(6)得到的不同型号的改性活性氧化铝150g装载于五个解吸盒b中；

(8)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气90min；

(9)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的改性活性氧化铝至500℃，维持3h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(10)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表8。

表8先经氢氧化钠改性、再经碳酸钾改性活性氧化铝吸附并解吸空气中的二氧化碳结果

数据

实施例9：先经氢氧化钠改性，再经碳酸氢钾改性活性氧化铝，并且在常温常压下吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、将氢氧化钠用去离子水溶解，得到浓度为2m的氢氧化钠溶液；

(2)、分别将500g的γ型、ρ型、η型或、χ型和χ-ρ型活性氧化铝装入到五个反应柱中，加入2500ml氢氧化钠溶液，使溶液在反应柱中循环20h；

(3)、弃去液体，收集活性氧化铝，用1倍体积的去离子水清洗2次，之后于90℃处理24h，然后1h内升温至500℃真空干燥处理24h，得到氢氧化钠改性活性氧化铝；

(4)、将碳酸氢钾用去离子水溶解，得到浓度为0.8m的碳酸氢钾溶液；

(5)、分别将步骤(3)得到的不同型号的氢氧化钠改性活性氧化铝装入到五个反应柱中，加入3000ml碳酸氢钾溶液，使溶液在反应柱中循环2h；

(6)、弃去液体，收集活性氧化铝，用5倍体积的去离子水清洗5次，之后于90℃处理16h，然后1h内升温至500℃真空干燥处理24h，得到先经氢氧化钠改性、再经碳酸氢钾改性活性氧化铝；其中，γ型、ρ型、η型、χ型和χ-ρ型活性氧化铝经改性后，质量分别为：514g、522g、507g、492g和488g；

(7)、分别将步骤(6)得到的不同型号的改性活性氧化铝150g装载于五个解吸盒b中；

(8)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气90min；

(9)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的改性活性氧化铝至500℃，维持3h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(10)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表9。

表9先将氢氧化钠改性、再经碳酸氢钾改性活性氧化铝吸附并解吸空气中的二氧化碳结

果数据

实施例10：常温常压下活性炭吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、分别将150g木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭和煤质活性炭装载于四个解吸盒b中；

(2)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气60min；

(3)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的活性炭至250℃，维持2h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(4)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表10。

表10活性炭吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例11：碳酸钾改性活性炭，并且在常温常压下吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、将碳酸钾用去离子水溶解，得到浓度为0.2m的碳酸钾溶液；

(2)、分别将2000g木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭和煤质活性炭装入到四个反应柱中，加入5000ml碳酸钾溶液，使溶液在反应柱中循环2h；

(3)、弃去液体，收集活性炭，用5倍体积的去离子水清洗3次，之后于90℃处理16h，然后1h内升温至450℃真空干燥处理36h，得到碳酸钾改性活性炭；其中，木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭和煤质活性炭经改性后，质量分别为：2274g、2531g、2527g和2257g；

(4)、分别将步骤(3)得到的不同类型的碳酸钾改性活性炭150g装载于四个解吸盒b中；

(5)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气60min；

(6)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的改性活性炭至250℃，维持2h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(7)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表11。

表11碳酸钾改性活性炭吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例12：碳酸氢钾改性活性炭，并且在常温常压下吸附并解吸空气中的二氧化碳

(1)、将碳酸氢钾用去离子水溶解，得到浓度为4m的碳酸氢钾溶液；

(2)、分别将2000g木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭和煤质活性炭装入到四个反应柱中，加入4000ml碳酸氢钾溶液，使溶液在反应柱中循环45h；

(3)、弃去液体，收集活性炭，用5倍体积的去离子水清洗3次，之后于90℃处理16h，然后1h内升温至450℃真空干燥处理36h，得到碳酸氢钾改性活性炭；其中，木质活性炭、果壳活性炭、椰壳活性炭和煤质活性炭经改性后，质量分别为：2155g、2137g、2323g和2052g；

(4)、分别将步骤(3)得到的不同类型的碳酸氢钾改性活性炭150g装载于四个解吸盒b中；

(5)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气60min；

(6)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b中的改性活性炭至250℃，维持2h，使用便携式二氧化碳检测仪记录密闭容器内二氧化碳浓度；

(7)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表12。

表12碳酸氢钾改性活性炭吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例13：常温常压下解吸盒a中不装载任何活性材料，测试空气中的二氧化碳浓度

(1)、在相对湿度50％的室温条件下，向解吸盒a中通入空气10min；

(2)、将解吸盒a放入容积1.5l的密闭容器中，向容器中通入水蒸气，使解吸盒a内的相对湿度升至70％，维持50min，使用便携式二氧化碳检测仪记录此期间二氧化碳的浓度；

(3)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表13。

实施例14：常温常压下解吸盒b中不装载任何活性材料或改性的活性材料，测试空气中的二氧化碳浓度

(1)、在相对湿度70％的室温条件下，向解吸盒b中通入空气90min；

(2)、将解吸盒b放入容积1.5l的密闭容器中，加热解吸盒b至500℃，维持2h，使用便携式二氧化碳检测仪记录此期间二氧化碳的浓度；

(3)、重复上述吸附-解吸操作，记录第100次和第500次时二氧化碳浓度，结果见表13。

表13空白试验吸附并解吸空气中的二氧化碳结果数据

实施例15：活性材料及改性的活性材料的应用效果测试

使用5kg实施例1～12中的活性材料或改性的活性材料，按照相应操作，吸附空气中的二氧化碳，解吸后用泵连续抽取富含二氧化碳的空气，将其引入微藻培养器。微藻藻种为栅藻scenedesmussp.，培养器为长60cm、内径3cm的柱状光反应器。每组三个平行，气流量为200ml/min。初始接种浓度a680＝0.2，培养周期18天。接种后每3天取5ml藻液测定生物量浓度。以空气作对照。实验结果如图1-图16所示，可见活性材料或改性活性材料的设置提高了微藻的生长效率，并且改性活性材料在本实施例中的效果优于未改性的活性材料，改性前后数据具有统计学意义。

综上所述，本发明利用活性材料及改性活性材料捕获及富集空气中的二氧化碳，将二氧化碳解吸后用于微藻养殖，降低了空气中的二氧化碳含量，并且充分利用了二氧化碳。经本发明改性方法改性之后的活性材料从空气中捕获及富集二氧化碳的能力有较大提升，且经过长期的吸附-解吸循环使用后，仍保持较稳定的对二氧化碳的吸附和解吸能力。本发明所使用的二氧化碳为空气中已有的物质，不会造成二氧化碳产生和温室效应，具有良好的应用前景。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。