[发明专利]一种基于浸渍活性炭的CO2固体吸附剂、制备方法及其用途

说明书

本发明提供一种基于浸渍活性炭的CO₂固体吸附剂、制备方法及其用途。本发明基于浸渍活性炭的CO₂固体吸附剂，包括重量配比如下的各组分：83～95份活性炭载体；1～15份含有第ⅠA或第ⅡA族的一种或多种碳酸盐或氢氧化物；0～6份含有第ⅠA族的至少一种元素所组成的传质促进剂。本发明通过浸渍法对活性炭进行改性处理，将含有第ⅠA或第ⅡA族的一种或多种碳酸盐或氢氧化物引入到活性炭表面和骨架制成活性炭CO₂吸附剂。本发明基于浸渍活性炭的CO₂固体吸附剂具有吸附容量高和选择性好等优点。

技术领域

本发明涉及气体净化和吸附剂技术，尤其涉及一种基于浸渍活性炭的CO₂固体吸附剂、制备方法及其用途。

背景技术

CO₂分离与捕获研究具有重要的理论和现实意义。温室效应是目前世界上主要的环境问题之一，CO₂作为温室气体，对温室效应的“贡献”超过了60％。化石燃料燃烧是CO₂的主要来源。CO₂有很多用途，啤酒饮料中的添加剂、CO₂灭火器、人工降雨、舞台烟雾以及焊接操作中的保护气等，但用量有限。近年来，CO₂作为有机合成的原料，用于合成碳酸二甲酯、甲酸以及甲醇等有机物的研究逐渐增多，尤其是CO₂加氢制备燃料的工艺，受到越来越多研究者的关注。中科院大连化物所碳资源小分子与氢能利用创新团队的孙剑、葛庆杰研究员通过设计一种新型多功能复合催化剂，实现了CO₂直接加氢制取高辛烷值汽油。将CO₂气体有效的回收利用，不仅能降低温室效应，用于生产高辛烷值的汽油等，减少对化石燃料的依赖，将会改变整个世界的能源格局。

常见的CO₂分离与捕获方法有吸收、膜分离、低温蒸馏、微生物法等，上述分离方法在实际生产应用中仍存在各种问题。吸收分离法中使用的一些吸收剂具有毒性，而且会腐蚀设备，吸收CO₂会产生废液，同时再生过程能耗较大。膜分离法由于膜价格较贵、膜易受到污染以及膜在某些特定的环境下使用会受到限制等因素无法广泛应用。低温蒸馏法为了提高分离效率，需要使用传统的制冷循环系统提高冷却效率，促使CO₂迅速液化，因此能耗高，经济性差。微生物法分离CO₂，虽然微生物以及藻类对CO₂的固定效率较高，但在培植微生物和藻类时，对温度、湿度等影响其生长因素要求比较高，不易大规模应用。

与其他分离技术相比，吸附技术具有以下优点：能耗低、产品纯度高、工艺流程简单、操作弹性大、操作费用低、维护简单、环境友好。可实现多种气体的分离，对水、硫化物、氨、烃类等杂质有较强的耐受能力，无需复杂的预处理。自动化程度高、操作方便、开停车简单、装置调节能力强，几乎无“三废”产生，不会造成新的环境污染。吸附法脱除二氧化碳的关键在于吸附剂的开发和选择。吸附剂的选择是一个复杂问题，用于CO₂的吸附分离的吸附剂应该具有吸附容量大、吸附速率快、分离因数大、稳定性高等优点，同时也要考虑吸附剂的再生性能。

常见的物理吸附剂包括活性炭、分子筛、金属－有机骨架(MOFs)材料等。活性炭用于吸附CO₂，一般要经过改性处理。碳纤维、碳纳米管和碳气凝胶的生产成本高，工艺复杂不适合大规模的应用。分子筛吸附CO₂主要靠筛分机理，分子筛孔径的大小，直接影响CO₂的吸附选择性。并且分子筛对其他气体的选择性大于CO₂，因此要预先将其除去，这也就造成了所需设备体积大。金属－有机骨架(MOFs)材料，在较高压力下，MOFs的气体吸附量很高，在常压下，其吸附量要低于常见的物理吸附剂。