[发明专利]一种基于天然粘土的CO2

说明书

本发明公开了一种基于天然粘土的CO₂吸附剂及其制备方法，以具有层状结构的天然粘土为原料，通过结合离子插层与液相剥离、表面酸处理的方法制备具有二维多孔结构的粘土纳米片。本发明对剥离得到二维粘土纳米片表面进行酸处理，使得孔道更加开放、比表面积更大，CO₂吸附量提高了118％。在原料的选择上，天然粘土具有安全稳定、储量丰富、价格低廉的优点，从而有利于生产成本的降低。在制备方法上，本发明通过离子插层与液相剥离相结合并进行表面酸处理得到二维多孔结构的粘土纳米片，该方法具有反应条件温和、生产效率高、操作简单安全、生产规模易扩大的优势。

技术领域

本发明属于吸附剂的制备与改良技术领域，更具体地，涉及一种基于天然粘土的CO₂吸附剂及其制备方法。

背景技术

工业革命以来，以煤炭、石油为主的化石燃料的大量使用造成全球气候变暖，即温室效应，由此引起的陆地荒漠化、海平面上升、生物多样性丧失等问题愈发严峻。温室气体的主要成分是CO₂，其对温室效应的贡献约占总比的60％；因此，发展CO₂捕集与封存技术(CCS)对于减少全球CO₂排放，进而缓解温室效应具有重要意义。

目前，工业生产中CO₂捕集技术是醇胺溶液吸收法，尽管醇胺溶液对CO₂具有较高的吸附量及选择性，但是再生能耗高、对设备腐蚀严重以及溶液易挥发和降解等缺陷不容忽视。此外，膜吸收法、物理吸收法、低温储存等多种方法也受到了研究者关注，然而适应性差及生产成本高昂的问题仍待解决。使用固体吸附剂进行CO₂的循环式吸附脱附由于具有吸附容量高、能量消耗低、适应能力强等优势被认为是具有广泛应用前景的CO₂捕集技术。

以活性炭、金属有机骨架、分子筛代表的多孔材料被用于CO₂吸附与分离，其中，利用生物质、矿物等天然原料制备固体吸附剂的方法逐渐成为当今研究的热点。金娇等在“一种介孔-金属复合气体吸附材料的同步制备方法” (CN107824170A)中，以天然硅藻土为原料利用碱融法提取硅源，水合法合成介孔固体吸附剂。张全生等在“以天然生物质蚕沙为原料制备酸性气体吸附剂的方法”(CN110227415A)中，以生物质蚕沙为原料与碱土金属化合物混合，经高温碳化得到天然生物质碳材料吸附剂用于CO₂吸附。吴琼等在“一种吸附CO₂的氮掺杂炭吸附剂的制备方法”(CN106984267A)中，以速生杨树皮为原料，含氮化合物为氮源，通过水热反应及高温碳化后得到微孔结构发达的固体吸附剂。综上所述，目前通过天然原料制备的固体吸附剂均为三维多孔结构，在气体吸附过程中CO₂分子难以接近孔隙结构深处的表面导致吸附动力学及有效利用率的降低，同时三维多孔结构不利于固体表面进行改性、刻蚀等处理以进一步提高气体吸附量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于天然粘土的 CO₂吸附剂及其制备方法，其目的在于利用天然粘土制备具有吸附动力学迅速、有效利用率高、吸附容量大等优势的二维多孔结构的粘土纳米片吸附剂。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种基于天然粘土的CO₂吸附剂制备方法，包括以下步骤：

第一步，水热反应进行离子插层；

将粘土与饱和氯化钠溶液混合后置于水热反应器中，在105～120℃下加热 6-24小时，冷却后将反应产物过滤并用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤；然后将无水乙醇洗涤后的反应产物与浓度为1-3mol/L、体积与饱和氯化钠溶液相同的氯化锂溶液混合后置于水热反应器中，在105～120℃下加热6-24小时，冷却后将混合物过滤并用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤，得到钠离子及锂离子插层后的粘土；

第二步，超声辅助液相剥离；