一种CO2吸附剂及其制备方法、应用与流程

本发明涉及co2吸附，尤其涉及一种co2吸附剂及其制备方法、应用。

背景技术：

1、为应对全球气候变暖导致的能源和环境危机，开发高效廉价的co2吸附剂是实现深度脱碳、低碳氢能的规模化生产、低碳电力供给、co2负排放的关键。

2、将有机胺负载至基体上作为co2吸附剂具有一定的吸附效果。但现有以有机胺为活性物质制备的co2吸附剂仍存在以下问题：将有机胺负载至基体上需要消耗大量试剂以及复杂的工艺，成本高，难以实现工业化应用以及环保要求。另外，有机胺co2吸附剂在co2的气氛下进行解吸再生时，co2与有机胺上的伯胺基团反应形成尿素链化合物，导致co2吸附剂化学性失活，稳定性降低，吸附容量急剧衰减。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明公开了一种co2吸附剂的制备方法，所述co2吸附剂为亲水型吸附剂，所述制备方法包括以下步骤：

2、改性：将有机胺以及改性剂混合后得到含有改性有机胺的混合溶液；

3、浸渍：将多孔基体浸渍于所述混合溶液以得到胶质体；

4、干燥：干燥所述胶质体以得到所述co2吸附剂；

5、所述改性剂的分子量小于或等于70且含有环氧基团。

6、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述改性的步骤包括：

7、将所述有机胺分散至均相剂中并密封搅拌得到预混液；

8、将所述改性剂密封加入所述预混液混合后静置，得到含有所述改性有机胺的所述混合溶液。

9、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述有机胺为缩二脲、乙二胺、聚乙烯亚胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺和五乙烯六胺中的一种或多种的混合；和/或，

10、所述改性剂为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧乙烯、环氧丙烯、环氧丁烯中的一种或多种的混合；和/或，

11、所述均相剂为质子提供剂；和/或，

12、所述均相剂与所述有机胺的质量比为1:1～100:1；和/或，

13、所述改性剂与所述有机胺的质量比为1:1～1:10。

14、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，将所述改性剂密封加入所述预混液混合后静置，得到含有所述改性有机胺的所述混合溶液的步骤中，混合温度为0℃～60℃，混合时间为0.5h～5h，和/或，静置温度为25℃～60℃，静置时间为4h～48h。

15、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述浸渍的步骤中，浸渍温度为20℃～40℃，浸渍时间为4h～6h。

16、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述多孔基体为多孔纳米氧化铝、多孔纳米二氧化硅、多孔活性炭、多孔树脂、多孔硅酸钙、多孔沸石中的一种或者多种的混合；和/或，

17、所述有机胺和所述多孔基体的质量比为1:2～5:1。

18、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述干燥的步骤中，包括：真空干燥所述胶质体以得到所述co2吸附剂，其中，真空干燥的温度为50℃～80℃，真空干燥的时间为3h～6h。

19、第二方面，本申请提供一种co2吸附剂，所述co2吸附剂由第一方面所述的制备方法制备得到。

20、第三方面，本申请提供一种种co2吸附剂的应用，所述co2吸附剂由第一方面所述的制备方法制备得到，所述co2吸附剂中的所述多孔基体负载所述改性有机胺的负载量为50wt％～80wt％，所述co2吸附剂60min内对co2的吸附容量大于或等于180mg/g。

21、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述co2吸附剂用于在气流环境中进行50次循环加热再生，再生后的所述co2吸附剂吸附co2的容量大于或等于150mg/g，吸附容量衰减率小于或等于5％；

22、其中，环境温度为120℃～165℃，气流为含有0wt％～40wt％的水蒸气的co2气流。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

24、本发明实施例提供的一种co2吸附剂的制备方法，该co2吸附剂为亲水型吸附剂，包括：将有机胺以及改性剂混合后得到含有改性有机胺的混合溶液，将多孔基体浸渍于混合溶液以得到胶质体，干燥胶质体以得到所述co2吸附剂；改性剂的分子量小于或等于70且含有环氧基团。本申请的制备方案制备有机胺的试剂数量少、负载有机胺的方法简单，成本低，适合工业化应用且满足环保要求。且能够避免有机胺在脱附再生时生成尿素链化合物，提高co2吸附剂的稳定性，减少再生吸附容量的衰减。

25、改性剂中的环氧基团能够和有机胺进行交联反应，将有机胺中的伯胺转化为仲胺，一方面能够防止有机胺在再生吸附的条件下与co2反应生成尿素链化合物，避免co2吸附剂失活，保持其再生吸附后的容量；另一方面，在有机胺中伯胺的再生难度高于仲胺，通过改性剂将伯胺转化为仲胺能够提高co2吸附剂的再生能力，使得co2吸附剂的稳定性进一步提高。

26、本申请采用分子量小于或等于70的改性剂，单个分子中环氧基团的占比含量高，一方面能够仅用较少添加量的改性剂即能够提供足量的环氧基团以增加仲胺的转化程度；另一方面，小分子量的改性剂与有机胺交联后的生成物分子量不高，粘度低，不会影响有机胺在多孔基体内的扩散；再者，交联后改性剂在有机胺中的占比少，能够保证仲胺的占比，不影响仲胺对co2的吸附，从而能够减少吸附容量的衰减。

27、本申请通过浸渍法将改性有机胺负载至多孔基体中，多孔基体能够与有机胺之间通过分子间力和氢键结合，无需经过接枝官能团等复杂工艺处理基体的表面，吸附容量不受官能团数量的影响，改性有机胺直接结合至多孔基体的表面，从而实现有机胺的高负载量，利于对co2的吸附。浸渍法仅是物理吸附，过程简单，且无需化学试剂，成本低廉且环保，适合工业化生产。

技术特征：

1.一种co2吸附剂的制备方法，其特征在于，所述co2吸附剂为亲水型吸附剂，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将所述改性剂密封加入所述预混液混合后静置，得到含有所述改性有机胺的所述混合溶液的步骤中，混合温度为0℃～60℃，混合时间为0.5h～5h，和/或，静置温度为25℃～60℃，静置时间为4h～48h。

5.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的步骤中，浸渍温度为20℃～40℃，浸渍时间为4h～6h。

6.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述多孔基体为多孔纳米氧化铝、多孔纳米二氧化硅、多孔活性炭、多孔树脂、多孔硅酸钙、多孔沸石中的一种或者多种的混合；和/或，

7.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的步骤中，包括：真空干燥所述胶质体以得到所述co2吸附剂，其中，真空干燥的温度为50℃～80℃，真空干燥的时间为3h～6h。

8.一种co2吸附剂，其特征在于，所述co2吸附剂由权利要求1至7任一项所述的制备方法制备得到。

9.一种co2吸附剂的应用，其特征在于，所述co2吸附剂由权利要求1至7任一项所述的制备方法制备得到，所述co2吸附剂中的所述多孔基体负载所述改性有机胺的负载量为50wt％～80wt％，所述co2吸附剂60min内对co2的吸附容量大于或等于180mg/g。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述co2吸附剂用于在气流环境中进行50次循环加热再生，再生后的所述co2吸附剂吸附co2的容量大于或等于150mg/g，吸附容量衰减率小于或等于5％；

技术总结
本发明涉及CO<subgt;2</subgt;吸附技术领域，尤其涉及一种CO<subgt;2</subgt;吸附剂的制备方法、CO<subgt;2</subgt;吸附剂及其应用。所述CO<subgt;2</subgt;吸附剂为亲水型吸附剂，包括以下步骤：改性：将有机胺以及改性剂混合后得到含有改性有机胺的混合溶液；浸渍：将多孔基体浸渍于所述混合溶液以得到胶质体；干燥：干燥所述胶质体以得到所述CO<subgt;2</subgt;吸附剂；所述改性剂的分子量小于或等于70且含有环氧基团。该制备方法无需消耗大量试剂以及复杂的工艺，成本低，满足工业化应用以及环保要求。能够有效降低CO<subgt;2</subgt;吸附剂在再生环境下生成的尿素链化合物，提高循环吸附的稳定性、吸附容量，降低吸附容量的衰减率。

技术研发人员：沈雪华,张作泰,颜枫,陈黑锦,孙鑫
受保护的技术使用者：深碳科技（深圳）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14