一种吸附CO2的固体胺吸附剂及其制备方法和应用与流程

本公开涉及co2吸附剂，具体地，涉及一种吸附co2的固体胺吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、二氧化碳(co2)是使全球变暖的主要温室气体，其大部分来源于化石燃料燃烧。目前捕集二氧化碳的各种方法中，吸附法与吸收法、膜分离法和低温蒸馏法相比，其具有效果好、能量需求低、成本低和应用条件较宽泛的优点。常用的吸附剂有活性炭、分子筛、固态胺、介孔sio2及mofs等。固体胺吸附剂因具有显著的co2吸附能力和选择性以及耐水性强等诸多优点得到了广泛的应用。通常采用浸渍法实现多孔材料的胺基功能化，形成co2吸附活性中心，但是采用浸渍法制得的固体胺吸附剂上的氨基分散不均匀，因此保持氨基在载体上高度分散是实现co2的高效捕集的研究热点。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种吸附co2的固体胺吸附剂及其制备方法和应用，该方法能够制得具有纤维交联网状结构的固体胺吸附剂，该固体胺吸附剂具有较大的比表面积、孔容和介孔sio2，有利于传质，并起到结构增强的作用，克服碳材料在工业应用机械强度低、容易粉化的问题，延长吸附剂的使用寿命；该网状结构的表面还分布有较多分散均匀的氨基，能够提升co2的吸附效果，实现co2高效、高选择性吸附。

2、为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种吸附co2的固体胺吸附剂的制备方法，所述制备方法包括：

3、(1)将氨基硅烷、醇和水混合，向所得的第一混合物中依次加入酸性处理剂和碱性处理剂，得到氨基化硅溶胶；

4、(2)使生物型纤维素基体与所述氨基化硅溶胶接触，然后将所得的第二混合物置于乙醇气氛中进行老化处理，得到氨基化sio2/纤维素复合湿凝胶；

5、(3)对所述氨基化sio2/纤维素复合湿凝胶进行预氧化处理和炭化处理，得到氨基化sio2/碳纤维复合气凝胶；

6、(4)将所述氨基化sio2/碳纤维复合气凝胶置于碱液中进行浸渍处理，烘干后对得到的产物依次进行活化处理、清洗处理和干燥处理。

7、可选地，步骤(1)中，所述氨基硅烷、水、醇、酸性处理剂和碱性处理剂的摩尔比为1：(2～8.5)：(2～40)：(0.001～0.02)：(0.001～0.02)，优选为1：(2.5～7)：(3～30)：(0.001～0.01)：(0.001～0.01)。

8、可选地，步骤(1)中，所述氨基硅烷选自n-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种；所述醇选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇和叔戊醇中的一种或几种；所述酸性处理剂选自盐酸、硫酸、醋酸和硝酸中的一种或几种；所述碱性处理剂选自有机胺和/或无机碱，所述有机胺选自单乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺和异丙醇胺中的一种或几种，所述无机碱选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾和碳酸钠中的一种或几种。

9、可选地，步骤(2)中，所述生物型纤维素基体与氨基化硅溶胶的重量比为1：(25～60)，优选为1：(30～55)；所述老化处理的温度为15～40℃，优选为20～35℃；时间为1～5h，优选为1.5～4.5h；所述生物型纤维素基体由醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属和八叠球菌属中的一种或几种合成。

10、可选地，步骤(3)中，所述预氧化处理在空气气氛中进行，所述预氧化处理的温度为50～150℃，优选为65～145℃；时间为1～10h，优选为2～8h；所述炭化处理在氮气气氛中进行，所述炭化处理的温度为400～800℃，优选为450～750℃；时间为1～8h，优选为2～6h。

11、可选地，步骤(4)中，所述碱液中碱的质量浓度为20～50重量％；所述浸渍处理的温度为10～50℃，优选为25～35℃；时间为2～5h，优选为2.5～4h；所述氨基化sio2/碳纤维复合气凝胶与所述碱液的浸渍比为(0.1～5)：1，优选为(0.5～3)：1；所述烘干的温度为50～120℃，优选为80～100℃；时间为1～7h，优选为2～6h；所述碱选自氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾和碳酸钠中的一种或几种。

12、可选地，步骤(4)中，所述活化处理在氮气气氛中进行，所述活化处理的温度为500～750℃，优选为550～700℃；时间为1～10h，优选为2～8h；所述清洗处理的条件包括：采用摩尔浓度为0.1～0.5mol/l的酸溶液对活化后产物进行清洗，直至洗出液的ph为6.5～7.5；所述酸溶液选自盐酸溶液、硫酸溶液、醋酸溶液和硝酸溶液中的一种或几种；所述干燥处理的温度为50～100℃，时间为2～10h。

13、本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面所述的制备方法制得的固体胺吸附剂。

14、可选地，所述固体胺吸附剂表面的各元素的摩尔比满足：n：si：o：c＝(1～8)：(15～35)：(10～45)：(28～65)，优选地，n：si：o：c＝(3～5)：(18～25)：(24～35)：(35～55)。

15、可选地，所述固体胺吸附剂中sio2颗粒粒径为30～160nm，优选为50～140nm；所述固体胺吸附剂的比表面积为500～1250m2/g，优选为700～1100m2/g；最可几孔径分布为0.1～8nm，优选为0.5～6nm；总孔容为0.32～0.78cm3/g，优选为0.43～0.65cm3/g；其中孔径范围在0.5～1.5nm的微孔的孔容占所述总孔容的30～60％，优选为35～55％；其中孔径范围在2.3～6nm的介孔的孔容占所述总孔容的40～70％，优选为45～65％；所述固体胺吸附剂的抗拉强度为5～25mpa，优选为7～20mpa。

16、本公开第三方面提供一种本公开第二方面所述的固体胺吸附剂在吸附分离co2中的应用。

17、通过上述技术方案，本公开提供一种吸附co2的固体胺吸附剂及其制备方法和应用，该方法采用氨基化硅溶胶对纤维素基体进行接枝改性，将具有氨基的介孔sio2均匀引入纤维素的纤维网状结构中，该介孔sio2不仅有利于传质，而且起到结构增强的作用，避免在工业应用中发生磨损；其次，介孔sio2表面的氨基提供了大量co2化学吸附位点，有利于提高材料对co2的吸附性能和选择性；采用预氧化处理、炭化处理，将氨基化sio2/纤维素复合湿凝胶转变成具有较多孔隙结构的复合气凝胶，能够进一步提高材料对co2的吸附量；采用浸渍处理和活性处理，有利于在碳纤维表面形成含氧官能团，提升对co2的吸附。本公开提供的固体胺吸附剂具有较大的比表面积、孔容和介孔sio2，有利于传质，并起到结构增强的作用，克服碳材料在工业应用机械强度低、容易粉化的问题，延长吸附剂的使用寿命；该网状结构的表面还分布有较多分散均匀的氨基和含氧官能团，能够提升co2的吸附效果，实现co2高效、高选择性吸附。

18、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种吸附co2的固体胺吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨基硅烷、水、醇、酸性处理剂和碱性处理剂的摩尔比为1：(2～8.5)：(2～40)：(0.001～0.02)：(0.001～0.02)，优选为1：(2.5～7)：(3～30)：(0.001～0.01)：(0.001～0.01)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨基硅烷选自n-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生物型纤维素基体与氨基化硅溶胶的重量比为1：(25～60)，优选为1：(30～55)；所述老化处理的温度为15～40℃，优选为20～35℃；时间为1～5h，优选为1.5～4.5h；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述预氧化处理在空气气氛中进行，所述预氧化处理的温度为50～150℃，优选为65～145℃；时间为1～10h，优选为2～8h；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述碱液中碱的质量浓度为20～50重量％；所述浸渍处理的温度为10～50℃，优选为25～35℃；时间为2～5h，优选为2.5～4h；所述氨基化sio2/碳纤维复合气凝胶与所述碱液的浸渍比为(0.1～5)：1，优选为(0.5～3)：1；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述活化处理在氮气气氛中进行，所述活化处理的温度为500～750℃，优选为550～700℃；时间为1～10h，优选为2～8h；

8.采用权利要求1～7中任意一项所述的制备方法制得的固体胺吸附剂。

9.根据权利要求8所述的固体胺吸附剂，其特征在于，所述固体胺吸附剂表面的各元素的摩尔比满足：n：si：o：c＝(1～8)：(15～35)：(10～45)：(28～65)，优选地，n：si：o：c＝(3～5)：(18～25)：(24～35)：(35～55)。

10.根据权利要求8所述的固体胺吸附剂，其特征在于，所述固体胺吸附剂中sio2颗粒粒径为30～160nm，优选为50～140nm；所述固体胺吸附剂的比表面积为500～1250m2/g，优选为700～1100m2/g；最可几孔径分布为0.1～8nm，优选为0.5～6nm；总孔容为0.32～0.78cm3/g，优选为0.43～0.65cm3/g；其中孔径范围在0.5～1.5nm的微孔的孔容占所述总孔容的30～60％，优选为35～55％；其中孔径范围在2.3～6nm的介孔的孔容占所述总孔容的40～70％，优选为45～65％；

11.权利要求8～10中任意一项所述的固体胺吸附剂在吸附分离co2中的应用。

技术总结
本公开涉及一种吸附CO2的固体胺吸附剂及其制备方法和应用，该方法采用氨基化硅溶胶对纤维素基体进行接枝改性，将介孔SiO2均匀引入纤维网状结构中，起到结构增强的作用，避免工业应用中发生磨损；其次，表面的胺基在纤维上分布均匀，能够提供大量CO2化学吸附位点，有利于提高材料对CO2的吸附性能和选择性。

技术研发人员：卢勇振,赵春林,王保登,熊日华,洪兵,史建忠,石远江,陈再明
受保护的技术使用者：国能浙江宁海发电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12