[发明专利]二氧化碳吸附剂、其制法、二氧化碳捕获方法和捕获模块

说明书

技术领域

本公开内容涉及二氧化碳吸附剂、其制备方法和包括其的二氧化碳捕获模块(模件，module)。

背景技术

随着化石燃料被日益增多地使用，更多的二氧化碳(其被认为对全球变暖具有相对严重的影响)正被排放到空气中。因此，已经对从在化石燃料燃烧时产生的烟气、在煤被气化时产生的合成气和在天然气被重整时产生的燃料气体除去二氧化碳进行了研究。

从烟气除去二氧化碳可以吸收方法(例如，湿化学吸收方法、干化学吸收方法)、吸附方法、膜分离方法等进行。然而，为了从烟气捕获相对大的量的二氧化碳，需要具有改善的吸附性能的吸附剂。

通常，吸附剂可分类为用于较低温度(0℃-室温)的吸附剂例如MOF(金属有机骨架)/ZIF(沸石-咪唑酯(imidazolate)骨架)、沸石、碳等，用于中等温度(约150-约500℃)的吸附剂例如水滑石等，和用于较高温度的吸附剂(大于约500℃)。然而，由于在燃烧之后排放的烟气应被冷却，因此这些吸附剂可涉及更复杂的过程和额外的成本。

发明内容

一些示例性实施方式涉及具有改善的吸附性能和热稳定性且在较高温度下工作的二氧化碳吸附剂。

一些示例性实施方式涉及制备所述二氧化碳吸附剂的方法。

一些示例性实施方式涉及包括所述二氧化碳吸附剂的二氧化碳捕获模块。

一些示例性实施方式涉及使用所述二氧化碳吸附剂吸附二氧化碳的方法。

二氧化碳吸附剂可包括包含复合金属氧化物的结构，所述复合金属氧化物包括通过氧(O)连接的第一金属(M¹)和第二金属(M²)，其中所述第一金属(M¹)选自碱金属、碱土金属、及其组合，和所述第二金属(M²)具有三价氧化值或更大氧化值，且所述复合金属氧化物在其内部或在其表面上包括中孔。

所述复合金属氧化物可具有尖晶石结构。所述复合金属氧化物可为结晶氧化物。

所述中孔可具有约2nm-约50nm的平均孔径。

所述复合金属氧化物可具有约0.01μm-约10μm的平均粒度。

所述复合金属氧化物可由以下化学式1表示。

[化学式1]

a(M¹_xM²_yO_z)-b(M²_pO_q)-c(M¹_rO_s)

在化学式1中，

M¹为选自一价碱金属、二价碱土金属、及其组合的第一金属，M²为具有三价氧化值或更大氧化值的第二金属，0<x≤1，0<y≤2，0<z≤4，0<p≤2，0<q≤3，0<r≤2，0<s≤1，0<a≤1，0≤b≤199，0≤c≤9，和0<a+b+c。

所述碱金属可选自锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)及其组合，和所述碱土金属可选自铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、及其组合。

所述具有三价氧化值或更大氧化值的第二金属(M²)可选自IUPAC周期表的13族元素、IUPAC周期表的14族元素、过渡元素、及其组合。在一个实施方式中，所述第二金属(M²)可选自铝(Al)、硅(Si)、钛(Ti)、锆(Zr)、及其组合。

所述第一金属(M¹)和所述第二金属(M²)可以约0.01/1-约5/1、特别地约0.1/1-约3/1、和更特别地约1/1-约3/1的原子比(M¹/M²)存在。

所述二氧化碳吸附剂可进一步包括附着于所述复合金属氧化物的表面上的所述第一金属(M¹)的氧化物(例如，碱金属的氧化物和/或碱土金属的氧化物)。

所述复合金属氧化物可选自硅酸盐、铝酸盐、钛酸盐、锆酸盐、及其组合。存在于所述复合金属氧化物中的选自Si、Al、Ti、Zr、及其组合的所述第二金属(M²)的至少一种被选自碱金属、碱土金属、及其组合的所述第一金属(M¹)部分地代替。