[发明专利]铝柱撑蒙脱石负载Na-Nb复合吸附剂的制备方法和应用

说明书

本发明提供了铝柱撑蒙脱石负载Na‑Nb复合吸附剂的制备方法和应用。首先制备出具有高比表面积的(200m²/g～300m²/g)铝柱撑蒙脱石载体，然后通过硝酸钠和草酸铌混合溶液与铝柱撑蒙脱石旋蒸法制备出铝柱撑蒙脱石负载的Na‑Nb复合吸附剂。本发明在宽的温度(50℃～200℃)范围内，对CO₂(浓度为5vl.％～15vl.％)和N₂(浓度为85vl.％～95vl.％)的混合气体具有较高的吸附能力。本发明吸附剂具有较高的比表面积和较好的热稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于吸附二氧化碳的铝柱撑蒙脱石负载Na-Nb复合吸剂的制备方法及其在低温条件下吸附CO2的应用。

背景技术

由于大气中二氧化碳(CO₂)浓度持续上升，已经在气候、环境以及生态方面带来了灾难性的后果，并且将产生长远的影向，因此也激发了越来越多的人对碳减排技术研究的兴趣。时至今日，我国CO₂的排放源仍主要来自于化石能源的使用，虽然诸如太阳能、潮汐能、水能、风能等可再生能源技术得到了足够的重视且有了显著的提升。但在数十年内甚至更长的时间内，我国工业的快速增长，经济的高速发展都离不开以化石能源为主体的一次能源。为了能够实现快速控制并大规模减少CO₂排放的目的，针对CO₂排放集中、排放量大的火电厂的碳捕集技术的进一步开发与研究已经刻不容缓。虽然目前几乎所有已工业化的碳捕集技术都是通过使用醇胺、有机胺溶液等液态碱性溶液的化学吸收法，且其经过不断的改进与完善已经有了不错的成果，但依然有较高的成本、高的设备腐蚀率、溶剂挥发易造成二次污染等问题存在。而近年来随着新型固体吸附剂的研究，较低的再生能耗、低的环境成本且无设备腐蚀问题的固体吸附技术展现出了良好的应用前景。早期常见的固体吸附剂如沸石、分子筛、活性炭等无机多孔材料多是物理吸附，主要依靠高比表面积来实现高吸附量的目的，在高压和低温下有利于吸刚能力的提升，且其再生容易，能耗较低。但在实际烟气中，因CO₂分压低，且N₂等气体的存在会与CO₂出现竞争吸附，从而导致此类吸附剂的实际吸附能力大打折扣难以应用于实际。

近年来，由于柱撑粘土(PILC)在吸附方面具有经济成本低、能耗少、环境负荷低，不易产生二次污染等特点已经逐渐成为社会研究的热点。蒙脱石等天然矿物因其独特的性质(如：选择性吸附和表面改性能力)而备受关注。粘土由于其丰富、高机械强度和良好的热稳定性而被广泛用作砖和绝缘材料。研究人员研究了蒙脱石的性质，发现粘土还含有弱碱特性和离子交换特性，可以很容易地吸引CO₂气体。通过形成弱Van-der-Waals力和固定CO₂分子来进行相互作用。因此，蒙脱石可以用作潜在的CO₂吸附剂。本专利选用铝柱撑蒙脱石为载体，通过旋转蒸发法制备成Al-PILC负载Na和Nb复合型吸附剂，在低温环境下(50℃～200℃)对CO₂具有较好的吸附能力。本项目的实施得到：国家自然科学基金项目(编号：21277008；20777005)；北京自然科学基金(编号：8082008)；国家重点研发计划(No.2017YFC0209905)的资助，也是这些项目的研究内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝柱撑蒙脱石负载Na和Nb双元素吸附剂的制备及其用于吸附CO₂。蒙脱石的BET比表面积体积分别为48m²/g，Na-Nb负载的铝柱撑蒙脱石的BET比表面积与蒙脱石原土相比增加很大，比表面积为：213m²/g。所提供的吸附剂可在较低的反应温度(50℃～200℃)下，对CO₂具有较高的吸附量(吸附量：7～10.5wt％)。此吸附剂制备工艺简单，原材料在自然界广泛存在。

本发明提供一种用于吸附CO₂的铝柱撑蒙脱石负载Na和Nb复合吸附剂的制备方法：