[发明专利]具有高效CO2捕获功能的沸石分子筛材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能沸石分子筛技术领域，尤其是涉及一种具有高效CO2捕获功能的沸石分子筛材料及其制备方法，适用于发电厂，化肥厂以及其它工业领域中CO₂的捕获与分离。

背景技术

随着工业的迅猛发展，CO₂的排放日益增多，世界每年向大气中排放CO₂量达到1.85×10¹⁰吨，并以每年4％的速度递增，对气候及生态平衡造成了很大的负效应，导致了严重的环境和生态问题，将威胁人类的生存。同时，CO₂是一种重要的碳资源。因此，为了改善人类的生存环境，大力开展CO₂资源的回收再利用显得十分重要。其中，高效CO₂捕获技术是其回收再利用的关键技术之一，也是全球CO₂减排，转化及利用面临的挑战。

沸石分子筛具有规则的纳米孔结构和良好的热稳定性等优点，可广泛应用于催化、吸附和分离等技术领域。沸石分子筛对CO₂具有一定的选择吸附性能，具有高CO₂选择吸附能力和高CO₂吸附量的沸石分子筛可以应用于CO₂捕获设备中，将极大地降低CO₂捕获设备成本及运行能耗等。但是，目前沸石分子筛对CO₂的选择吸附能力以及吸附量仍然较低，并且不能同时兼具高选择性和高吸附量。例如，合成的沸石分子筛材料具有高CO₂选择吸附能力时，其对CO₂的吸附量较低；合成的沸石分子筛材料具有高CO₂吸附量时，其对CO₂的选择吸附能力较低。

为了解决上述技术难题，采用功能化法提高沸石分子筛对CO₂的吸附性能正引起人们的广泛关注。

发明内容

本发明要实现的技术目的是针对现有技术的不足，提供一种具有高效CO2捕获功能的沸石分子筛材料及其制备方法，该沸石分子筛材料能够选择性地吸附CO₂，而对氮气，甲烷等其它气体的吸附量很小，并且能够提高CO₂的吸附量，从而达到高效捕获、分离CO₂的目的。

本发明实现上述目的所采用的技术方案为：一种具有高效CO2捕获功能的沸石分子筛材料，以沸石分子筛为载体，负载金属阳离子，所述的金属阳离子是利用离子交换法，与沸石分子筛表面的阳离子进行交换而被引入沸石分子筛表面孔道中，而沸石分子筛的内部孔道保持原态。

所述的金属阳离子包括但不限于钾离子、钠离子、钙离子、镁离子或锂离子。

所述的沸石分子筛包括纳米级沸石分子筛或者微米级沸石分子筛。

所述的沸石分子筛包括但不限于CaA、NaA或NaX沸石分子筛。

所述的沸石分子筛材料包括未经过表面功能化处理和经过表面功能化处理的沸石分子筛。

所述的沸石分子筛材料可以为沸石分子筛或金属-有机骨架类沸石。

所述的沸石分子筛材料可以是粉体，也可以是挤压成型颗粒。

本发明具有高效CO2捕获功能的沸石分子筛材料的应用形式包括粉末，固体或及自组装成膜的形式等。

与现有技术相比，本发明利用离子交换法将沸石分子筛的表面的阳离子与钾离子、钠离子、钙离子、镁离子或锂离子等功能金属阳离子进行交换，从而将该功能金属阳离子引入沸石分子筛的表面孔道中，以修饰沸石分子筛表面孔道的尺寸为0.3nm～0.5nm，而沸石分子筛的内部孔道保持原态，这种沸石分子筛结构具有如下优点：

(1)提高了CO₂分子的选择吸附能力，而降低其他分子，例如N₂、CH₄等分子的吸附能力：