一种CO2固体吸附剂及其制备与应用

一种co2固体吸附剂及其制备与应用
技术领域
1.本发明涉及二氧化碳捕集、吸附、净化领域，尤其涉及一种co2固体吸附剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.co2是最重要的人为温室气体，近年来由于社会的快速发展化石能源消耗急剧增大，其co2的排放含量也在逐渐上升，至今已达到了417ppm。过高的二氧化碳含量使得全球温度变暖，近130年来全球温度升高约0.85℃。全球变暖会对自然生态系统平衡以及人类生存环境造成严重威胁和破坏，因此降低co2排放是当前人类面临的重要问题。
3.co2捕集技术是可以有效降低co2的排放量的有效技术之一，近年来得到了广大科研工作者的广泛关注。其中co2吸附材料作为捕集装置的重要组分部分，成为科研工作者的研究重点。专利cn106378095b介绍了一种co2吸附剂及其制备方法，该专利使用醇胺修饰生物质衍生活性炭的方法制备出了一种co2吸附剂，该方法制备的活性炭吸附剂被修饰后其孔道结构部分被占据，阻碍可传质扩散，降低了其吸附速率。专利cn104324691a公布了一种高co2吸附性能碳吸附剂，其以羧甲基纤维素为原料，充分利用天然资源制备出了高比表面积和发达孔隙结构的吸附剂。该吸附剂虽然具有较高的co2吸附量，但是其是在纯co2组分下测得，而大气中或者烟道气尾气中co2浓度含量不超过20％，该吸附剂不具有很好的n2/co2选择性。因此开发一种具有快速动力学吸附且对co2具有较好选择性能吸附剂具有重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种co2固体吸附剂及其制备方法与应用以解决现有技术存在的问题。
5.为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：
6.一种co2固体吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.(1)将有机胺溶于水中得到溶液a；向溶液a中加入金属盐，加热搅拌2h得到溶液b；溶液b的粘度比溶液a的粘度低0.1
‑
50mpa s；
8.(2)将多孔载体材料加入到制备好的溶液b中，搅拌浸渍一段时间，待浸渍完成后蒸干水溶液，然后将样品真空过夜干燥即得到co2固体吸附剂。
9.优选的，所述有机胺为乙二胺、二乙醇胺、聚乙烯胺、五乙撑六胺、聚丙烯亚胺、聚乙烯亚胺、四乙烯五胺、三乙撑四胺、二乙烯三胺、中的一种或多种。
10.优选的，所述金属盐为六水合硝酸钴、六水合氯化钴、六水合硝酸镍、六水合氯化镍、六水合硝酸锌、氯化锌、六水合氯化镁中的一种或多种。
11.优选的，所述有机胺与水的质量比例为1：1～100；所属有机胺与金属盐的质量比例为1：0.01～0.2。
12.优选的，所述多孔载体材料为介孔氧化硅、多孔硅胶、海泡石、多孔树脂、活性炭、
sab
‑
15分子筛等多孔材料中的一种或多种。
13.优选的，所述多孔载体材料与溶液b的质量比例为1：1
‑
80。
14.一种co2固体吸附剂，根据上述制备方法制备而得。
15.上述一种co2固体吸附剂的应用，主要作为二氧化碳吸收剂应用于空气直接捕捉二氧化碳装置、烟道气除二氧化碳装置、空气净化装置以及各种尾气二氧化碳捕集装置。
16.与现有技术相比，由于金属盐的引入，本发明制备了较低粘度的有机胺溶液，降低了有机胺分子之间的相互作用力，使得有机胺在载体孔道中具有高度的分散性，有利于吸附过程中co2分子的扩散，增强了传质，提高了动力学吸附速率。此外，高度分散的有机胺增加了co2分子的可及性提高了有机胺的利用率。其在15％co2浓度含量下，其动力学吸附速率可达63mg/g/min，是一种具有工业化应用前景的co2吸附材料。
附图说明
17.图1为实施例1中一种高分散有机胺的模型示意图。
18.图2为实施例1与对比例1所得有机胺固体吸附剂的co2吸附性能曲线。
19.图3为实施例1与对比例1所得有机胺固体吸附剂的co2吸附速率变化曲线。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
21.实施例1
22.称取0.33g的四乙烯五胺于烧杯中，然后加入4ml的去离子水，搅拌其完全溶解得到溶液a(溶液a的粘度为4.5mpa
·
s，25℃条件下测试)，向溶液a中缓慢加入0.116g六水合硝酸钴，搅拌2h得到具有低粘度的有机胺溶液b(溶液b的粘度为3.1mpa
·
s，25℃条件下测试)。称取0.7g介孔硅胶载体，逐渐加入到低粘度的有机胺溶液b中，搅拌浸渍12h，在80℃条件下旋蒸蒸干溶液，得到固体样品然后放置于真空干燥箱中90℃条件下真空干燥12h，干燥完成后冷却至室温，即得到co2固体吸附剂。图1为高分散有机胺co2固体吸附剂的模型示意图，由于有机胺在载体孔道中具有高度的分散性，有利于吸附过程中co2分子的扩散，增强了传质，提高了动力学吸附速率。图2展示了固体胺吸附剂归一化的co2吸附性能曲线(co2吸附性能测试条件为：测试温度：35℃；气氛(体积比)：15％co2/85％n2；气体流速：100ml/min)，由图可知该吸附剂在3.4min时就达到了90％的饱和吸附量，具有较快的动力学吸附速率。图3展示了固体胺吸附剂的co2吸附速率曲线，其最大峰值吸附速率可达63mg/g/min，展示出较快的动力学吸附速率。
23.实施例2
24.称取0.33g的四乙烯五胺于烧杯中，然后加入4ml的去离子水，搅拌其完全溶解得到溶液a(溶液a的粘度为4.5mpa
·
s，25℃条件下测试)，向溶液a中缓慢加入0.116g六水合硝酸钴，搅拌2h得到具有低粘度的有机胺溶液b(溶液b的粘度为3.1mpa
·
s，25℃条件下测试)。称取0.7g活性炭载体，逐渐加入到低粘度的有机胺溶液b中，搅拌浸渍12h，在80℃条件下旋蒸蒸干溶液，得到固体样品然后放置于真空干燥箱中90℃条件下真空干燥12h，干燥完成后冷却至室温，即得到高分散有机胺快速动力学吸附co2固体吸附剂(其最大峰值吸附速
率可达60mg/g/min)，在5min内即可以达到90％的最大吸附(co2吸附性能测试条件为：测试温度：35℃；气氛(体积比)：15％co2/85％n2；气体流速：100ml/min)。
25.实施例3
26.称取0.33g的五乙烯六胺于烧杯中，然后加入4ml的去离子水，搅拌其完全溶解得到溶液a(溶液a的粘度为4.9mpa
·
s，25℃条件下测试)，向溶液a中缓慢加入0.116g六水合硝酸钴，搅拌2h得到具有低粘度的有机胺溶液b(溶液b的粘度为3.4mpa
·
s，25℃条件下测试)。称取0.7g活性炭载体，逐渐加入到低粘度的有机胺溶液b中，搅拌浸渍12h，在80℃条件下旋蒸调溶液，得到固体样品然后放置于真空干燥箱中90℃条件下真空干燥12h，干燥完成后冷却至室温，即得到高分散有机胺快速动力学吸附co2固体吸附剂(其最大峰值吸附速率可达62mg/g/min)，在5min内即可以达到90％的最大吸附(co2吸附性能测试条件为：测试温度：35℃；气氛：15％co2/85％n2；气体流速：100ml/min)。
27.实施例4
28.称取0.33g的五乙烯六胺于烧杯中，然后加入4ml的去离子水，搅拌其完全溶解得到溶液a(溶液a的粘度为4.9mpa
·
s，25℃条件下测试)，向溶液a中缓慢加入0.116g六水合硝酸镍，搅拌2h得到具有低粘度的有机胺溶液b(溶液b的粘度为3.4mpa
·
s，25℃条件下测试)。称取0.7g活性炭载体，逐渐加入到低粘度的有机胺溶液b中，搅拌浸渍12h，在80℃条件下旋蒸蒸干溶液，得到固体样品然后放置于真空干燥箱中90℃条件下真空干燥12h，干燥完成后冷却至室温，即得到高分散有机胺快速动力学吸附co2固体吸附剂(其最大峰值吸附速率可达59mg/g/min)，在5min内即可以达到90％的最大吸附(co2吸附性能测试条件为：测试温度：35℃；气氛：15％co2/85％n2；气体流速：100ml/min)。
29.实施例5
30.称取0.33g的四乙烯五胺于烧杯中，然后加入3.8ml的去离子水，搅拌其完全溶解得到溶液a(溶液a的粘度为4.5mpa
·
s，25℃条件下测试)，向溶液a中缓慢加入0.108g六水合硝酸镍，搅拌2h得到具有低粘度的有机胺溶液b(溶液b的粘度为3.1mpa
·
s，25℃条件下测试)。称取0.7g活性炭载体，逐渐加入到低粘度的有机胺溶液b中，搅拌浸渍12h，在80℃条件下旋蒸蒸干溶液，得到固体样品然后放置于真空干燥箱中90℃条件下真空干燥12h，干燥完成后冷却至室温，即得到高分散有机胺快速动力学吸附co2固体吸附剂(其最大峰值吸附速率可达61mg/g/min)，在5min内即可以达到90％的最大吸附(co2吸附性能测试条件为：测试温度：35℃；气氛：15％co2/85％n2；气体流速：100ml/min)。
31.实施例6
32.称取0.33g的四乙烯五胺于烧杯中，然后加入3.8ml的去离子水，搅拌其完全溶解得到溶液a(溶液a的粘度为4.5mpa
·
s，25℃条件下测试)，向溶液a中缓慢加入0.108g六水合硝酸镍，搅拌2h得到具有低粘度的有机胺溶液b(溶液b的粘度为3.1mpa
·
s，25℃条件下测试)。称取0.7g活性炭载体，逐渐加入到低粘度的有机胺溶液b中，搅拌浸渍24h，在80℃条件下旋蒸蒸干溶液，得到固体样品然后放置于真空干燥箱中100℃条件下真空干燥12h，干燥完成后冷却至室温，即得到高分散有机胺快速动力学吸附co2固体吸附剂(其最大峰值吸附速率可达59mg/g/min)，在5min内即可以达到90％的最大吸附(co2吸附性能测试条件为：测试温度：35℃；气氛：15％co2/85％n2；气体流速：100ml/min)。
33.实施例7
34.称取0.28g的四乙烯五胺于烧杯中，然后加入4ml的去离子水，搅拌其完全溶解得到溶液a(溶液a的粘度为4.1mpa
·
s，25℃条件下测试)，向溶液a中缓慢加入0.11g六水合硝酸镍，搅拌2h得到具有低粘度的有机胺溶液b(溶液b的粘度为2.9mpa
·
s，25℃条件下测试)。称取0.8g活性炭载体，逐渐加入到低粘度的有机胺溶液b中，搅拌浸渍24h，在80℃条件下旋蒸蒸干溶液，得到固体样品然后放置于真空干燥箱中80℃条件下真空干燥12h，干燥完成后冷却至室温，即得到高分散有机胺快速动力学吸附co2固体吸附剂(其最大峰值吸附速率可达56mg/g/min)，在5min内即可以达到90％的最大吸附(co2吸附性能测试条件为：测试温度：35℃；气氛：15％co2/85％n2；气体流速：100ml/min)。
35.对比例1
36.称取0.33g的四乙烯五胺于烧杯中，然后加入4ml的去离子水，搅拌其完全溶解得到溶液a(溶液a的粘度为4.5mpa
·
s，25℃条件下测试)，称取0.7g介孔硅胶载体，逐渐加入到溶液a中，搅拌浸渍12h，在80℃条件下旋蒸蒸干溶液，得到固体样品然后放置于真空干燥箱中90℃条件下真空干燥12h，干燥完成后冷却至室温，即得到普通有机胺co2固体吸附剂。图2展示了固体胺吸附剂的co2吸附性能曲线(co2吸附性能测试条件为：测试温度：35℃；气氛：15％co2/85％n2；气体流速：100ml/min)，由图可知该吸附剂在19min时才达到了90％的饱和吸附量，其吸附速率远低于实施例1中的吸附剂的3.4min。图3展示了该吸附剂的co2吸附速率曲线，其最大峰值吸附速率为45mg/g/min，是实施例1所制备吸附及样品吸附速率的71.4％。
37.以上所述，进一步用详细的实施步骤和试验对本发明作了详尽的描述，这只能作为对本发明的一种说明而不能限制本发明，因此在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。