[发明专利]一种可再生低浓度CO2高效吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂吸附材料的制备方法，尤其涉及一种可再生低浓度CO₂高效吸附材料的制备方法。

技术背景

二氧化碳(CO₂)是自然界大气的组成成分之一，在大气中的含量很低(约为0.03％)，不会对人类活动产生影响。但在潜艇、空间站、载人深潜器、地下国防工事等密闭空间内，由于人员呼吸(在平静情况下，成人每小时呼出20-25LCO₂)等原因CO₂浓度不断升高。研究发现，当CO₂浓度大于1％(分压约1KPa)时，人员就会出现头昏脑胀、思维迟钝等CO₂中毒症状。因此必须清除多余的CO₂以保证人员健康。

固态胺传统上是指一种高孔隙率的弱碱性阴离子交换树脂，是在一定分子量、一定交联度的苯乙烯-二乙烯苯共聚物中成孔，然后引进胺基形成的固态共聚物。现在各种以较大比表面积固体为基体，通过搭接、改性、浸渍等方法引进胺基而得到的吸附材料统称为固态胺。固态胺具有丰富的胺基，可以与CO₂发生化学反应实现对CO₂的选择性吸附，在降压或加热的条件下，又可以使反应反方向进行，实现对CO₂的脱附，具有选择性好、能耗低、易再生等特点，是CO₂吸附材料研究的重点和热点之一。

目前，固态胺的制备方法主要有嫁接和浸渍两种。其中，浸渍法主要通过物理浸渍的方法引入胺基，这一方法得到的固态胺可引入的胺基总量更大，吸附量更高，但胺基与基体之间没有化学键的连接，稳定性较差；而嫁接法主要通过化学反应在基体上引入胺基，这一方法得到的固态胺胺基主要通过化学键与基体相连，热稳定性较高，同时其胺基高度分散在载体表面，易与CO₂作用，吸附速率及单位胺基吸附量都高于浸渍法，但嫁接法引入的胺基总量有限，吸附量较低。

申请号为[201010102582.6]的中国专利公布了一种吸附法除去气体中CO₂的方法，该方法以溶胀的树脂进行胺化制备胺基树脂，并对胺基树脂进行活化，以活化的胺基树脂为吸附剂去除CO₂。但是其吸附量较低，且CO₂压力较高，在CO₂分压为6％时，吸附量为1.45mmol/g(63.7mg/g)，至于更低压力下的CO₂吸附量文献中并未给出。

申请号为[201010118752.X]的中国专利公布了一种吸附CO₂用多孔炭复合材料及其制备方法和应用，该方法采用浸渍法制备吸附材料，首先制得多孔炭，然后浸渍聚乙烯亚胺制备多孔炭复合材料。制备的材料在50℃～110℃对纯CO₂的吸附量可达3.64mmol/g(160mg/g)以上，但是其CO₂压力很高且吸附温度较高，不适于密闭空间的环境(CO₂压力不超过1KPa，温度为常温)，并且文献中并未给出其循环吸脱附性能。

申请号为[200510012772.8]的中国专利公布了一种高效吸附CO₂的有机胺-介孔复合材料，该方法以介孔材料的合成原粉直接浸渍有机胺，利用模板剂胶束分散有机胺合成复合材料。该材料对在75℃下对5％的CO₂吸附量可达3.23mmol/g(142mg/g)，但是其吸附温度和压力均较高，并且经7次循环吸脱附后吸附量下降了约4.23％。

文献[K.M.Alnaief,I.Smirnova.Amino functionalised Silica-Aerogels for CO₂-adsorption at lowpartial pressure.Adsorption,2012,18:163-171]采用共缩聚和后改性两种不同嫁接方法制备了CO₂吸附材料，并进行了对比，发现后改性制备的材料氮含量更高(最高可达5.2wt％)CO₂吸附量也更高大(在22℃下对0.25％的CO₂吸附量为0.523mmol/g)，而共缩聚制备的材料在相同条件下的吸附量不超过0.1mmol/g。但是后改性方法需要经过长时间的改性溶液置换过程，制备周期长，且难以保证材料的均匀性。