一种可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛及其制备方法

本发明属于二氧化碳吸附，具体涉及一种可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业化的发展，人类活动大量排放温室气体。二氧化碳(co2)作为温室气体的主要成分之一，大气中二氧化碳浓度升高会引起气候变化，健康问题等一系列挑战。因此，我们需要采取行动来减少二氧化碳的危害，包括减少二氧化碳排放、使用低能耗的设备和建筑、开发清洁能源等。而人类排放co2的主要来自于能源行业，所以在工厂烟道中进行co2的直接捕集能够有效的控制co2进入到大气中。

2、目前，液态吸附剂，如碱类和胺类化合物构成的液胺清洗技术，是co2捕获中最成熟的工业化吸附材料，具有高co2吸附能力。但这些吸附剂的再生能耗大，因为其再生需要破坏co2和吸附剂之间的化学键，而且再生期间溶剂的蒸发也需要大量能量，此外，吸附剂分解和设备腐蚀等问题也是不利因素。

3、相对而言，分子筛是一种具有晶体结构的多孔性材料，由于其孔道结构与分子尺寸相近，具有高效的吸附分离性能。在吸附领域中，分子筛具有广泛的应用，例如：石油化工、环保、医药、食品等领域。分子筛作为一种多孔吸附材料具有快速的吸附动力学、低吸附热和低毒性等特点，使得实际应用过程中这些问题可以被忽略或影响较小。还可以通过胺基功能化等各种改性手段获得更好的co2捕获能力，极具应用潜力。

4、但是分子筛骨架中的铝以及平衡沸石中框架外阳离子的存在使得分子筛材料具有亲水性。由于水分子与阳离子以及分子筛骨架之间具有强烈的相互作用，分子筛吸附的水分子比普通水更易扩散，即吸附环境温度越高，分子筛对水分子的吸附能力越强。然而，实际上烟道气中的环境温度有50℃，所以沸石分子筛的这类吸附特点会成为其实际应用中的巨大挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛，能够改善在吸附二氧化碳时由于分子筛的亲水性与水产生竞争吸附的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：

3、s1、配制碱性溶液和盐酸多巴胺水溶液；

4、s2、将分子筛原料烘干，然后将烘干的分子筛和碱性溶液加入真空容量瓶中分散，并抽真空；

5、s3、将步骤s1的盐酸多巴胺水溶液注射到步骤s2的真空容量瓶中并搅拌得到混合溶液；

6、s4、将步骤s3的混合溶液进行离心搅拌直到混合溶液为中性，将产物过滤后干燥；

7、s5、将干燥后的产物高温碳化后得到改性分子筛。

8、在本发明中，利用盐酸多巴胺在碱性环境下易发生聚合反应，其分子带有两个游离的酚羟基，易氧化为醌类，形成黑色聚合物，能够均匀包覆在分子筛表面。真空能够辅助盐酸多巴胺在分子筛表面以及孔隙结构内部进行包覆。经过高温碳化后得到具有疏水性能的碳包覆分子筛。

9、在本发明中，利用利用碳的疏水性在改善分子亲水性能的同时，利用碱性溶液处理分子筛，和能对炭材料的活化造孔，进一步提升其co2吸附性能。

10、作为优选，所述步骤s1中，碱性溶液选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或多种，碱性溶液的ph为11-14。

11、作为优选，所述步骤s2中，碱性溶液和烘干的分子筛的质量比为1：(50-100)。本发明采用上述范围内的碱性溶液和分子筛，不仅能保证反应充分，且能防止副反应的发生。

12、作为优选，所述步骤s2中，抽真空至真空度小于等于-0.1mpa。该操作的目的在于完全排除分子筛和溶液中的气体。

13、作为优选，所述步骤s2中，分子筛原料为h-ssz-13分子筛。

14、作为优选，所述步骤s3中，盐酸多巴胺水溶液和烘干的分子筛的质量比为1：(0.5-2)。本发明采用上述范围内的盐酸多巴胺水溶液和分子筛，不仅能保证反应充分，且能防止副反应的发生。

15、作为优选，所述步骤s4中，离心搅拌时间为20-30h。保证其充分聚合在分子筛的表面及孔隙内部。长时间的真空离心搅拌的目的在于确保碱性溶液能对分子筛内部的孔隙结构充分改性。

16、作为优选，所述步骤s5中，高温碳化的温度为600-900℃。在该范围内进行高温碳化能保证得到的分子筛具有优异的吸附效果。

17、作为优选，所述步骤s5中，高温碳化的气体氛围为氮气或氩气。

18、本发明的另一个目的在于提供一种可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛，所述改性分子筛由上述制备方法制得。

19、作为优选，所述疏水改性分子筛的粒径为0.5-20μm。

20、与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过碳包覆分子筛使其具有一定疏水性，并进一步提高其co2吸附性能。在分子筛吸附co2的实际应用中，co2会与水产生竞争吸附，导致co2吸附性能极具降低。该方法利用炭材料疏水的特性改善分子筛的亲水性。同时利用碱性溶液对分子筛进行碱处理，进一步提高其co2吸附性能。最终制备出可高效吸附二氧化碳的疏水改性分子筛。

技术特征：

1.一种可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，碱性溶液选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或多种，碱性溶液的ph为11-14。

3.如权利要求1所述的可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，碱性溶液和烘干的分子筛的质量比为1：(50-100)。

4.如权利要求1所述的可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，抽真空至真空度小于等于-0.1mpa。

5.如权利要求1所述的可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，分子筛原料为h-ssz-13分子筛。

6.如权利要求1所述的可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，盐酸多巴胺水溶液和烘干的分子筛的质量比为1：(0.5-2)。

7.如权利要求1所述的可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，离心搅拌时间为20-30h。

8.如权利要求1所述的可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，高温碳化的温度为600-900℃；和/或，高温碳化的气体氛围为氮气或氩气。

9.一种可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛，其特征在于，所述改性分子筛由如权利要求1-8任一所述的制备方法制得。

10.一种如权利要求9所述的可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛，其特征在于，所述疏水改性分子筛的粒径为0.5-20μm。

技术总结
本发明公开了一种可吸附二氧化碳的疏水改性分子筛的制备方法，具体包括如下步骤：S1、配制碱性溶液和盐酸多巴胺水溶液；S2、将分子筛原料烘干，然后将烘干的分子筛和碱性溶液加入真空容量瓶中分散，并抽真空；S3、将步骤S1的盐酸多巴胺水溶液注射到步骤S2的真空容量瓶中并搅拌得到混合溶液；S4、将步骤S3的混合溶液进行离心搅拌直到混合溶液为中性，将产物过滤后干燥；S5、将干燥后的产物高温碳化后得到改性分子筛。与现有技术相比，本发明具有如下优点：利用盐酸多巴胺在碱性环境下易发生聚合反应，其分子带有两个游离的酚羟基，易氧化为醌类，形成黑色聚合物，能够均匀包覆在分子筛表面。

技术研发人员：林贻超,水立弘,陈亮
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16