[发明专利]一种双毛刷结构有机硅纳米材料CO2

说明书

本发明公开了一种双毛刷结构有机硅纳米材料CO₂吸附剂及其制备方法，该材料主要包括有机硅纳米粒子材料以及负载在所述有机硅纳米粒子材料上的有机胺，所述有机硅纳米粒子材料具有“双毛刷”结构，是由长烷基链与硅烷有机物两者共同的作用于材料孔道中，使所述材料具有更好的胺稳定性与分散，并具有优异的CO₂吸附量。所述材料CO₂吸附容量最高为5.34mmol/g（CO₂的体积分数为15.1％）。在循环测试中，经过100次吸附‑脱附循环实验后，吸附容量仍达到5.24mmol/g，说明其具有较高的稳定性。所述材料优异的性质，使其在CO₂吸附上有大规模工业化应用的潜力。

技术领域

本发明涉及CO₂吸附剂领域，具体地说涉及一种双毛刷结构有机硅纳米材料CO₂吸附剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人们对不可再生化石燃料消耗量的陡增，大气中的二氧化碳浓度快速上升，严重超过自然界的碳循环能力，引起全球变暖及海洋酸化等环境和生态问题。根据《2018全球碳预算》报告，2018年全球CO₂排放371亿吨，增加2.7％，全球温升远远超过了气候变暖警戒线1.5℃。我国是世界上CO₂排放量最大的国家，占全球碳排放量27％。由于以化石燃料为主的能源结构在短时间内难以得到根本改变，CO₂捕集与封存技术(CCS)是在应对气候变化的压力下继续大规模使用化石资源不可或缺的关键技术，为开发低碳和环境友好型能源争取宝贵时间的一种重要过渡手段。

目前二氧化碳的捕集方法主要有吸收法、膜吸附法、吸附法和深度冷凝法等，其中吸收法可以实现大量CO₂的高效分离，且净化度和回收率高，但再生能耗大、对设备腐蚀严重；膜分离是利用高分子聚合物对不同气体的相对渗透率不同而分离，其设备简单、操作方便、能耗低，但难以得到高纯度CO₂和膜材料再生能力差等缺点，限制了它大规模工业化应用；吸附法是基于多孔材料表面活性点通过范德华力等选择性地捕集分离CO₂，此类材料具有回收率不高的问题；深度冷凝法是对原料气体进行多次压缩和冷却使其液化，仅仅适用于CO₂浓度较高(60％)的原料气体。鉴于上述二氧化碳捕集技术在使用过程中存在的一些问题，近年来多孔基底上引入有机胺作为CO₂吸附剂是个很有希望的方法，这种方法获得的吸附剂吸附量高，选择性强。

但是有机胺催化剂存在些许缺点，如吸附剂存的热稳定性低、易堵塞孔道以及有机胺分散性差等缺陷，为解决以上问题，研制了一种具有“双毛刷”结构的材料。其中第一层为长烷基链，附着在材料上，使CO₂吸附剂可以负载更多的有机胺；第二层为硅烷有机物，可以将负载在材料上的有机胺很均匀的分布。由此形成了二层“毛刷”结构，将有机胺浸渍到材料中，形成固态胺吸附剂，达到吸附效率高，避免胺损失。迄今为止，有关此类克服浸渍法制备的吸附剂缺陷的研究甚为少见，而应用此有机硅纳米粒子材料(MONs)为基体的固态胺吸附剂尚未见报道。

发明内容

针对现有技术浸渍法制备的吸附剂存在热稳定性低以及分散性差的问题；本发明的目的是提供一种双毛刷结构有机硅纳米材料CO₂吸附剂及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种双毛刷结构有机硅纳米材料CO₂吸附剂，主要成分包括MONs材料以及负载在所述MONs材料上的有机胺，所述MONs材料的孔隙被长烷基链与硅烷有机物覆盖。

进一步地，所述有机胺为聚乙烯亚胺(PEI)、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、三乙醇胺中的任意一种或任意几种的混合。

更优选地，所述有机胺为聚乙烯亚胺或三乙烯四胺。

进一步地，所述有机胺的质量百分含量为10～80％。