[发明专利]一种纳米多孔氧化锆吸附剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米多孔氧化锆吸附剂，是以长链脂肪族二元羧酸十二烷二酸作为分散剂，于乙醇水溶液中混合有机锆源和阳离子模板剂十六烷基三甲基溴化铵，经溶剂挥发自组装形成含锆湿凝胶，高温焙烧制备得到的氧化锆吸附材料。本发明制备的纳米多孔氧化锆吸附剂具有较高的比表面积，不负载胺类物质，常压下即可对二氧化碳具有较好的选择吸附作用。

技术领域

本发明属于气体捕集技术领域，涉及一种二氧化碳捕集用吸附剂，特别是涉及一种用于在常压下吸附二氧化碳的氧化锆吸附剂。

背景技术

二氧化碳（CO₂）温室气体的大量排放所引发的全球变暖和气候变化问题，已成为全球关注的焦点。开展CO₂的捕集与封存技术研究，是减少温室气体CO₂排放、保护环境的重要途径之一。

燃煤火力电厂作为CO₂的最主要固定排放源，从其烟道气中排放的CO₂含量通常在3～30%（体积分数）之间，因此需要将CO₂从其烟道气中分离，浓缩至较高纯度的CO₂气体，再通过管道等方式运输到特定地点进行长期封存。

目前，烟道气中CO₂的分离回收主要是基于胺基固体吸附剂进行化学吸附，其吸附操作通常需要在0.1～0.17MPa的压力下进行。若能实现在常压下直接回收CO₂，则可以直接从源头上节省捕集CO₂所需的费用。

Sohail等（Adsorption behavior of tetraethylenepentamine functionalizedSi-MCM-41 for CO₂ adsorption[J]. Chemical Engineering Research and Design,2017, 122: 34-42.）以四乙烯五胺（TEPA）改性Si-MCM-41，制备了固体胺吸附剂，结果表明，当TEPA负载量为50wt%时，吸附剂在常压75℃的吸附条件下呈现出1.6mmol/g的最大CO₂吸附量。

最近，赵培玉等（胺功能吸附剂的制备及其对二氧化碳吸附性能研究[D]. 太原理工大学, 2020, 35-42.）报道了通过将TEPA负载于多孔氧化硅载体表面，制备出热稳定性良好的吸附剂，研究发现当TEPA负载量达到60wt%时，75℃下进行常压吸附性能测试，获得的最大CO₂吸附量为5.01mmol/g。

上述文献报道的固体胺吸附剂虽然在一定的吸附条件下均获得了一定量的CO₂吸附效果，但将胺类物质负载在载体的表面，一方面增加了制备工艺环节，另一方面，根据目前大量的研究表明，载体的结构特性在很大程度上决定着胺的负载效果及其对CO₂的吸附效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米多孔氧化锆吸附剂及其制备方法，在无需负载胺类及其它改性物质的前提下，即可在常压下具有较高的CO₂吸附量。

本发明所述纳米多孔氧化锆吸附剂是以长链脂肪族二元羧酸十二烷二酸为分散剂，与阳离子模板剂十六烷基三甲基溴化铵在pH=5～5.5弱酸条件下的乙醇水溶液中形成混合溶液，加入有机锆源进行溶剂挥发自组装形成含锆湿凝胶，高温焙烧制备得到的氧化锆吸附材料。

其中，具体地，所述的有机锆源是正丁醇锆、正丙醇锆或异丙醇锆中的任意一种。

进而，本发明还进一步给出了所述纳米多孔氧化锆吸附剂的具体制备方法，包括以下步骤：

1）、将十二烷二酸溶于乙醇水溶液中，调节pH值至5～5.5，加入十六烷基三甲基溴化铵得到混合溶液；

2）、向所述混合溶液中滴加有机锆源，搅拌进行溶剂挥发自组装反应获得湿凝胶；