[发明专利]室温捕集低浓度CO2用固态胺吸附剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及吸附剂及其制备方法和应用，尤其是涉及室温捕集低浓度CO₂用固态胺吸附剂及制备方法和应用。

背景技术

环境与发展问题已成为全球普遍关注的焦点问题。温室气体向大气层排放而产生的温室效应，对人类和自然环境所产生的负面影响和危害已经引起世界各国政府的广泛关注。CO₂是最主要的温室气体，世界经济的能量来源依赖于化石燃料，化石燃料燃烧导致大气中CO₂的浓度持续增加。由于在未来的一段时间内，能量的来源还是将以化石燃料为主，因此，CO₂的捕集技术变得尤为重要。此外，在航天飞机、潜艇等狭小空间内，CO₂的浓度也会随时间的延长逐渐升高，为了保障舱室内工作人员的生命安全，提高军用装备的作战能力，必须及时清除密闭环境内所产生的CO₂，使其维持在较低的浓度范围内。

现有的CO₂捕集技术主要有吸收法、吸附法、膜分离法低温蒸馏、气体水合法、化学循环法以及几种技术的组合。醇胺吸收法是工业上使用最为广泛的CO₂分离方法。醇胺法虽然具有处理量大、选择性高、技术成熟等优点，但是，其缺点也较为明显，如容易腐蚀设备、再生能耗高、溶剂挥发损失以及循环使用能力差等。为了保留醇胺吸收的优势，可以将胺基引入到具有高比表面积和高孔容的中大孔载体中，制成固态胺吸附剂。通过将胺基修饰到孔结构材料内，能够获得活性位用以捕集二氧化碳，通过修饰的方法能够降低有机胺的毒性和腐蚀性，并使再生过程更加容易，孔结构材料具有均匀的孔径分布，高比表面积和较大的孔容，能够促进二氧化碳在孔结构结构内的扩散。

近年来利用固态胺进行CO₂捕集的研究较多，相应的吸附剂也有专利报道，如CN101497024A涉及利用接枝法将氨基有机硅烷负载到介孔材料中，改变其表面酸性，提高CO₂的吸附效率。CN101780398A涉及一种吸附CO₂用多孔复合材料及其制备方法，材料包括有机前驱体100、催化剂1-2、无极模板剂0-300、聚乙烯亚胺15-200，利用浸渍法将聚乙烯亚胺担载到多孔炭材料上，在固定床吸附塔中吸附CO₂。CN102343254A涉及一种常温CO₂固态胺吸附剂，为经有机胺改性的碳纳米管，改吸附剂在常温条件下对低浓度CO₂(含量为1.5～2.2vol％)进行吸附，CO₂大的吸附容量可达到2.45mmmol/g。CN102658085A涉及一种分离烟气中CO₂的吸附剂及其制备方法，该催化剂包括载体、活性组分和助剂，制备方法包括浸渍、过滤、氢气环境中干燥等步骤。

以上专利提供了许多制备CO₂吸附剂的方法，但是没有涉及在室温条件下对低浓度CO₂(400～5000ppm)进行脱除，尤其是缺乏高CO₂吸附能力的吸附剂及其再生性能的研究。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在室温、低CO₂浓度条件下具有高吸附容量、高选择性的固态胺吸附剂的制备方法及其应用，解决了普通捕集材料对低浓度CO₂吸附能力低、耐水性差以及固定床使用阻力大等缺陷。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

室温捕集低浓度CO₂用固态胺吸附剂，为经有机胺和表面活性剂改性的大孔吸附树脂，包括以下组分及重量份含量：

大孔吸附树脂40～70；

有机胺30～60；

表面活性剂0～20，且不为0。

所述的大孔吸附树脂为聚苯乙烯－二乙烯基苯基树脂和/或甲基丙烯酸酯基树脂，其比表面积为607～1012m²/g，孔容为1.30～1.51cm³/g，孔径为12～27nm。

所述的有机胺为聚乙烯亚胺、乙醇胺、二乙醇胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺或五乙烯六胺。

所述的表面活性剂为聚山梨糖醇单油酸酯，聚乙二醇、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、吐温85、P123、F127或TX-100中的一种或几种复配。

所述的有机胺优选聚乙烯亚胺，所述的表面活性剂优选为十六烷基三甲基溴化铵。