本发明属于碳捕集，具体涉及一种具有柔性、电热特性的直接空气捕集二氧化碳吸附剂的制备与应用。
背景技术：
：：1、自工业革命以来，大气中不断上升的二氧化碳浓度导致了全球性的温室效应。由此而来的土地荒漠化、冰川消融、热带雨林消失、海平面上升等问题日益严峻，二氧化碳的捕集和封存是全人类亟待解决的关键问题。根据联合国政府间气候变化专门委员会发布的《ipcc全球升温1.5℃特别报告》，短期内大气中二氧化碳浓度会持续上升，因而负碳技术相关研究的重要性更加凸显。直接空气捕集(direct air capture,dac)是解决移动排放碳源及大气中存量二氧化碳问题，是解决全球温室效应的关键技术。2、直接空气捕集技术面临最大的难题是需要选择性脱除空气中浓度仅为400ppm的二氧化碳，要求吸附剂具有高吸附容量、优异的选择性以及较低的再生能耗。eloy等在direct capture of co2 from ambient air中提到，关于dac吸附剂的相关研究集中在固体支撑胺材料的相关研究上。例如，jones等在amine-tethered solidadsorbentscoupling high adsorption capacity and regenerabilityfor co2 capture fromambient air和mesoporous aluminasupported amines as potential steam-stableadsorbents for capturing co2 from simulated flue gas and ambient air中利用枝接、浸渍等方式将胺固载到二氧化硅固体表面，实现了从模拟空气中吸收二氧化碳。王涛等在专利申请号cn202210472743.3的《可吸附空气中二氧化碳的胺基金属有机骨架吸附剂及其制备和应用》中，将胺类化合物枝接到金属有机骨架中，用于吸附空气中的二氧化碳。a·戈伊珀特等在专利申请号cn201480074687.1的《纳米结构化载体上改性胺的再生性吸附剂》中，利用改性多胺和纳米结构化固体载体，实现了空气中高选择性的二氧化碳分离和多次的吸附-解吸循环。赵红雨等在专利申请号cn201611039491.6的《一种碳基二氧化碳吸附剂的制备方法及应用》中，构筑了引入强金属离子的碳基吸附剂，在低压条件下具备优异的吸附性能。张蓉等在专利申请号cn202210068407.2的《一种密胺树脂基氮掺杂介孔碳二氧化碳吸附剂》中，利用氮掺杂介孔碳材料的高比表面积和高孔隙率，提升了介孔碳材料的二氧化碳捕集性能。3、我们注意到，利用固载胺的方法进行直接空气捕集二氧化碳相关的吸附剂材料被不断开发，但在再生能耗和生产成本上，主流的高温蒸汽再生方式能耗过高，相关吸附剂(如mof、金属氧化物、纤维素等)过高的生产、处理成本也进一步限制了技术的普及应用。利用碳材料的电热性能，材料的再生能耗大幅降低，然而目前碳材料电热相关的吸附剂研究没有相关报道，是领域内的研究空白。技术实现思路1、本发明的目的是针对现有的直接空气捕集二氧化碳技术吸附剂设计存在的缺陷，提出了一种具有柔性、电热特性的直接空气捕集二氧化碳吸附剂及其制备与应用。具有成本低廉、性能优良、再生能耗低的特点。2、本发明的技术方案：3、一种具有柔性、电热特性的直接空气捕集二氧化碳吸附剂的制备与应用，使用滤纸为原材料，经过冷冻干燥、浸渍碳管分散液和聚乙烯亚胺溶液，形成具有柔性、电热特性的直接空气捕集二氧化碳吸附剂。4、一种具有柔性、电热特性的直接空气捕集二氧化碳吸附剂的制备方法，包括如下步骤：5、第一步、相变扩孔：将滤纸在去离子水中润湿1-2min后，进行真空状态下36-48h的冷冻干燥，得到孔隙度、微观孔径更大的滤纸；6、第二步、导电层涂覆：将多壁碳纳米管加入到浓度为10mg/ml的胆酸钠溶液中并摇晃均匀，其中多壁碳纳米管的添加量为5-10mg/ml；混合溶液先进行浴式超声5min，随后进行尖端超声5min；再依次进行浴式超声30min和尖端超声5min后，得到的分散液进行高速离心以去除未剥离的多壁碳纳米管，离心后得到高浓度多壁碳纳米管分散液；将孔隙度更大的滤纸裁剪后浸渍在多壁碳纳米管分散液中30-60s，随后在80-100℃的烘箱中干燥1-2h；重复1-5次上述的浸渍-干燥过程以获得多壁碳纳米管碳管担载量5％-10％的样品。7、第三步、胺功能化：将第二部获得的样品浸渍在质量分数5％-10％、分子量为600-1800的聚乙烯亚胺水溶液中，30s后，在80-100℃的温度下进行干燥1-2h；重复1-3次浸渍-干燥过程以获得担载量为10％-30％的样品。8、将所得样品在90-110℃的高纯氮气中进行120min加热，以脱除样品已经吸附的二氧化碳；在加热过程结束并用湿润空气进行充分润湿后，在室温下通入空气进行吸附性能测试。在样品吸附饱和后，说样品不同多壁碳管担载量影响，样品在5v-30v的直流电压下进行电热吸附剂再生。期间吸附剂电热温度维持在90-110℃。9、本发明的有益效果：本发明利用滤纸作为原材料，廉价易得；通过冷冻干燥、浸渍多壁碳纳米管分散液、聚乙烯亚胺溶液，可规模化制备孔隙率大、比表面积高、机械强度稳定且具有电热特性的可任意剪裁、卷曲的柔性二氧化碳吸附剂。由于滤纸密度低，孔隙率高，形成的吸附剂密度和空气阻力远低于传统的堆积床吸附剂，且碳纸基底引入了电热再生功能，避免了能耗大、效率低的蒸汽再生吸附剂过程，提高了吸附设备的集成度和效率。具有吸附量高、循环稳定、成本低廉、再生成本低、可规模化制备等特点。技术特征：1.一种具有柔性、电热特性的直接空气捕集二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，滤纸在去离子水中润湿1-2min后，进行真空状态下36-48h的冷冻干燥。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，胆酸钠溶液的浓度为10mg/ml，多壁碳纳米管的添加量为5-10mg/ml。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第二步和第三步中，干燥的条件为：80-100℃干燥1-2h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，两次浴式超声的功率为80w，两次尖端超声设置参数为25％功率，2s开，2s关。6.权利要求1-5任一所述的制备方法得到的具有柔性、电热特性的直接空气捕集二氧化碳吸附剂的应用，其特征在于，将二氧化碳吸附剂在90-110℃的氮气中进行120min加热，以脱除二氧化碳吸附剂中已经吸附的二氧化碳；加热过程结束并用湿润空气对二氧化碳吸附剂进行充分润湿后，在室温下通入空气进行吸附性能测试。7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，在二氧化碳吸附剂吸附饱和后，二氧化碳吸附剂在5v-30v的直流电压下进行电热吸附剂再生，期间二氧化碳吸附剂电热温度维持在90-110℃。技术总结一种具有柔性、电热特性的直接空气捕集二氧化碳吸附剂的制备与应用。本发明所制备的具有柔性、电热特性的直接空气捕集二氧化碳吸附剂，选用廉价易得的滤纸为原材料，可从空气中直接捕集低浓度二氧化碳，具有0.91mmol/g的二氧化碳吸附容量，并可利用吸附剂优异的电热性能实现在直流电压下的快速吸附剂再生。其中，在30V的直流电压下可以在20s内达到200℃的平均电热温度并维持稳定，避免了高温蒸汽再生过程中水分的干扰和过高的再生能耗等问题，利用可再生电能，能够整体性降低碳印迹。本发明的直接空气捕集二氧化碳吸附剂具有吸附量高、循环稳定、成本低廉、再生成本低、可规模化制备等特点，具有良好的应用前景。技术研发人员：凌铮,王帅,宋永臣,魏久涛,陈聪,刘瑜,张毅,李洋辉,吴鹏,赵佳飞,张伦祥受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15