[发明专利]一种固态多孔的脱硫吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固态多孔的脱硫吸附剂及其制备方法，其主要成分为固态多孔的交联多元叔胺化合物。其制备方法主要包括多元胺类的交联固化与叔胺化反应。制备的多孔叔胺吸附材料可用于二氧化硫的高效吸附，且吸附剂可通过加热再生而循环利用。本发明的吸附材料制备工艺简单、设备要求低、生产成本低、安全环保、应用范围广；不需要任何其他固体多孔载体，氨基负载量高、吸附容量高；再生时，交联的胺类不挥发、损耗小、热稳定性好；二氧化硫的吸附/脱附可逆，再生温度低，循环稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种固态多孔的脱硫吸附剂及其制备方法，属于吸附材料技术领域。

背景技术

化石燃料，尤其是煤炭的燃烧向大气中排放了大量的二氧化硫气体。过量的二氧化硫排放超过环境的自清洁能力后，会形成酸雨，不仅会影响环境，还会严重危害人们的身体健康，造成哮喘、干咳、头痛、和眼睛、鼻子、喉咙的过敏等症状。

目前，烟气脱硫技术主要采用石灰石/石膏湿法脱硫工艺。该方法具有工艺成熟、操作简单、脱硫效率高、系统运行稳定等优点；但是同样有系统复杂，占地面积大，投资高，磨损腐蚀现象严重，副产品(石膏)堆存、运输、处理难等问题。

有机胺脱硫技术是另外一类较为有效的脱硫技术。例如中国专利 CN104028078A公开了一种采用乙二胺、二乙烯三胺、环丁砜、N-甲基二乙醇胺、一乙醇胺、羟乙基乙二胺、哌嗪、四甲基苯二胺中的一种或多种作为吸收剂，其中伯胺或仲胺基团作为二氧化硫的主要反应基团，具有碱性较强；结合二氧化硫的反应速率快、吸收容量高等优点。然而伯胺和仲胺与酸性的二氧化硫结合能力过强，形成的盐类稳定太好，难以通过加热解吸再生，能耗高；同时伯胺和仲胺容易氧化而失效、循环稳定性较差；另外伯胺和仲胺还易与二氧化碳反应，降低二氧化硫的吸收容量。专利号为CN103349886A的技术公开了多元叔胺作为可高效再生的二氧化硫吸收剂，具有吸收容量较高、解吸温度低等特点。然而该方法仍需要大量的水作为有机胺的稀释剂，液态的胺类水溶液对设备的腐蚀性强；加热解吸所需的能耗高；总体成本仍然较高。专利申请CN105879849A和文章(Environ.Sci.Technol. 2014,48,2025-2034)等公开了负载与多孔载体的叔胺类二氧化硫吸附剂。此类吸附剂为固体/液体复合吸附剂，载体为秸秆或多孔二氧化硅；含水量低，解吸能耗低。但同时由于其载体为惰性的二氧化硅或秸秆，本身不参与二氧化硫的吸附，且其含量往往高于50％，因此吸附剂中活性有机胺含量低，吸附容量较低，不利于二氧化硫的高效、低成本吸附。

发明内容

本发明为了解决现有含硫气体吸附技术存在的缺点，提出了一种固态多孔的脱硫吸附剂及其制备方法。

为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：一种固态多孔的脱硫吸附剂，所述脱硫吸附剂的主要成分为固态多孔的交联多元叔胺化合物。

本发明的另一目的是提供上述固态多孔的脱硫吸附剂的制备方法，将多元有机胺在低温冷冻的条件下交联，并进一步叔氨基化，辅之以抗氧化剂，得到固态的、多孔吸附剂，以用于吸附混合气体中二氧化硫气体，达到脱硫的目的。具体包括如下步骤：

S1、将多元胺、交联剂、抗氧化剂与溶剂混合，形成分散液；

S2、将上述分散液在低温下冷冻；

S3、在冷冻条件下静置一段时间，多元胺中的一部分氨基和交联剂中的交联官能团发生交联反应，形成具有交联网络的冰凝胶；

S4、若交联反应完成后，多元胺中仍有部分伯胺和仲胺，则对伯胺和仲胺基团进行叔胺化反应，所述叔胺化反应采用以下任一路径：

a：将上述冰凝胶解冻，得到交联的水凝胶，将剩余的伯胺和仲胺基团进行叔胺化反应，得到大部分胺基都为叔胺的材料，并常压干燥，得到固态的多孔材料；

b：将上述冰凝胶解冻并常压干燥，得到交联的固态胺类材料，随后将固态胺材料里的伯胺和仲胺进行叔胺化反应转化为叔胺。