[发明专利]一种应用于沼气脱碳纯化固体吸附材料的制备方法

说明书

一种应用于沼气脱碳纯化固体吸附材料的制备方法，先进行NKA‑9的预处理：将NKA‑9装填于树脂柱中，用去离子水清洗，直至出水没有白色浑浊为止；后用HNO₃溶液浸泡，用去离子水清洗直至出水pH为中性；清洗后的NKA‑9在烘箱中干燥，直至重量不再发生变化；然后将有机胺负载至NKA‑9上：称取BPEI，加入无水甲醇作为溶剂，在室温下搅拌直至BPEI全部溶解；称取预处理后的NKA‑9，倒入BPEI溶解液中，再加入无水甲醇冲洗落在容器壁上的NKA‑9；体系搅拌直至溶剂全部挥发；后将残余物放于真空干燥箱中，真空干燥得到固体吸附材料；本发明所得固体吸附材料在保证较高吸附容量的同时，也具有较高的吸附‑解吸循环稳定性。

技术领域

本发明涉及沼气脱碳纯化技术领域，具体涉及一种应用于沼气脱碳纯化固体吸附材料的制备方法。

背景技术

厌氧发酵技术在处理有机固体废弃物上有着重要应用，对诸如餐厨垃圾、果蔬垃圾、畜禽粪便、污泥等有机固体废弃物在厌氧条件下进行生物分解。沼气作为厌氧发酵过程中产生的一种混合气体，主要成分为甲烷CH₄和二氧化碳CO₂，包括一些少量组分诸如硫化氢H₂S、氨气NH₃、一氧化碳CO、水分H₂O等。沼气的组分比例随沼气来源和厌氧发酵基质的不同会存在一定的变化，但多数沼气中甲烷体积比在55～70％范围内，CO₂比例约为30％～45％[WasteBiomass Valorization,2017,8(2):1-17]。由于具有较高的甲烷含量，沼气是一种很有价值的可再生能源，高品位的沼气可用作燃料或生产化学品。而甲烷的含量决定了沼气的品位，像高甲烷含量的沼气由于具有较高的热值，可直接进入管道或车载燃料，但是沼气中二氧化碳的大量存在会降低沼气的热值，一般沼气中热值大概为22～25MJ/m³，而脱碳提纯后的沼气热值可达到39.8MJ/m³[环境保护与循环经济,2015(3)]。因此，对厌氧发酵产生的沼气进行脱碳提纯对于改善沼气品位进行高值化利用来说较为重要。

目前沼气脱碳提纯技术主要包括吸收法(物理与化学吸收)、吸附法(物理与化学吸附)、深冷分离法和膜分离法等。而液胺吸收脱碳是一种成熟有效的低温二氧化碳捕集技术，诸如甲酸二乙醇胺MDEA、二乙醇胺DEA、单乙醇胺MEA等作为一类化学吸收剂在沼气纯化工艺中被应用，但存在吸收剂再生能耗高、稳定性差、设备易腐蚀等缺点。而胺分子修饰多孔载体制备得到的固态胺吸附材料，被认为是液胺的潜在替代物。使用较多的为有机胺负载的硅基材料，诸如二氧化硅、沸石等，具有吸附材料易于处理和运输、腐蚀性小、再生能耗远低于液胺系统等优势，因此被广泛研究。

但普遍固态胺材料在变温吸附的多次吸附-解吸循环稳定性测试中，由于材料存在物理性失活(胺分子挥发或析出)、化学性失活(胺基与CO₂形成牢固的尿素链)等情况，材料再生困难、循环稳定性较差。为了保证解吸气体的纯度而采用纯CO₂作为解吸气氛条件下，由于需要更高的解吸温度，材料的稳定性随着循环次数的增加下降得也更为明显。有研究通过使用化学嫁接法负载有机胺或提高有机胺分子量来提高硅基固态胺材料的稳定性。两种方法可提高材料热稳定性，但无法规避化学性失活的影响，而且由于嫁接法受到载体表面基团数的限制、高分子量有机胺受到气体扩散阻力的限制，均导致材料的吸附容量偏低。

因此，一种保证CO₂吸附容量并具有多次循环稳定性的固体吸附材料，在沼气脱碳纯化等方面具有更好的应用前景。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种应用于沼气脱碳纯化固体吸附材料的制备方法，所得固体吸附材料在保证较高吸附容量的同时，也具有较高的吸附-解吸循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于沼气脱碳纯化固体吸附材料的制备方法，包括以下步骤：