一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法

本发明属于二氧化碳捕集，具体地说是涉及一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法。

背景技术：

1、工业革命以来，社会进入工业化，经济的快速发展导致对能源的需求不断增加，能源已成为现代人类生存和文明进步的重要组成部分。根据国际能源署(iea)的预测，到2040年，世界能源需求将继续以30％以上的速度增长，在不久的将来，大部分能源仍将由化石燃料提供。然而，化石燃料燃烧排放大量的二氧化碳，这是温室气体的主要组成部分，也是导致全球变暖主要原因。并且我国在第七十五届联合国大会上提出“双碳”目标。“双碳”目标的提出是中国应对气候变化进程中的里程碑。在此背景下，碳捕集技术的发展成为一个重要问题。

2、燃烧后碳捕集是目前研究最多、最成熟的co2捕集技术，包括物理吸收/吸附、化学吸收、膜分离等技术。目前最发达的co2捕集技术是化学吸收法，利用碱性吸收剂直接从烟气中提取co2，分离效率高，成本低。目前最常用于co2捕获的化学吸收剂是有机胺溶液。如单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、n-甲基二乙醇胺(mdea)、三乙基四胺(teta)和哌嗪(pz)是最常用的有机胺试剂。其中，单乙醇胺(mea)是目前应用最广泛的胺类溶剂，它是一种典型的伯胺，与co2反应速度快，经济实惠。

3、为了提高有机胺溶液对co2的捕集效率，还需要添加催化剂配合使用。然而，加入现有催化剂如纳米颗粒等虽然提高了co2捕集效率，但在循环试验中循环性能下降，使其不适用于大规模工业化。另外，现有催化剂配合有机胺溶液对co2捕集时，还存在解吸速率低，解吸量小，解吸温度高等问题，尤其是解吸温度高所带来的再生能耗高的缺点，也使得其在工业应用上受到很大的限制。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提出一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法。

2、本发明所采用的技术解决方案是：

3、一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将碳纳米管加入硝酸溶液中，超声处理，然后真空过滤，干燥，得到中间物；

5、(2)将中间物与去离子水混合，得到混合溶液；将混合溶液置于聚四氟乙烯水热反应釜中，进行水热反应，得到反应物；

6、(3)将反应物用去离子水洗涤，然后干燥，得到改性催化材料。

7、优选的，步骤(1)中：所述硝酸溶液的浓度为0.5～0.6mol/l；在200ml硝酸溶液中，加入2～3g碳纳米管。

8、优选的，步骤(1)中：所述碳纳米管为多壁碳纳米管。

9、优选的，步骤(1)中：将硝酸溶液和碳纳米管加入100w超声槽中进行处理，控制超声时间为1～3h。

10、优选的，步骤(1)中：控制干燥温度为80～100℃，干燥时间为24～48h。

11、优选的，步骤(2)中：去离子水用量为60～90ml。

12、优选的，步骤(2)中：控制水热反应温度为150～180℃，反应时间为3～5小时。

13、优选的，步骤(3)中：控制干燥温度为80～100℃，干燥时间为24～48h。

14、如上所制得的改性催化材料与单乙醇胺水溶液混合，用于烟气中二氧化碳捕集。

15、优选的，控制在87℃下进行co2解吸。

16、本发明的有益技术效果是：

17、本发明改性催化材料(改性mwcnts)催化co2解吸可在低温87℃下进行，明显降低了解吸温度，而且提高了co2的解吸速率和解吸量，最大解吸速率提高了120.38％，解吸量提高了48.49％。可见，本发明改性mwcnts催化剂不仅可以提高对co2的解吸性能，而且可以大大降低co2捕集的高能耗要求，降低了再生能耗。另外，本发明改性mwcnts经20次循环试验表现出显著的循环稳定性。本发明改性mwcnts适合大规模工业化应用。

技术特征：

1.一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述硝酸溶液的浓度为0.5～0.6mol/l；在200ml硝酸溶液中，加入2～3g碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述碳纳米管为多壁碳纳米管。

4.根据权利要求1所述的一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：将硝酸溶液和碳纳米管加入100w超声槽中进行处理，控制超声时间为1～3h。

5.根据权利要求1所述的一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：控制干燥温度为80～100℃，干燥时间为24～48h。

6.根据权利要求1所述的一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：去离子水用量为60～90ml。

7.根据权利要求1所述的一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：控制水热反应温度为150～180℃，反应时间为3～5小时。

8.根据权利要求1所述的一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中：控制干燥温度为80～100℃，干燥时间为24～48h。

9.如权利要求1～8任一方法所制得的改性催化材料与单乙醇胺水溶液混合，用于烟气中二氧化碳捕集。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：控制在87℃下进行co2解吸。

技术总结
本发明公开一种用于烟气中二氧化碳捕集的改性催化材料的制备方法，属于二氧化碳捕集技术领域。该方法包括以下步骤：(1)将碳纳米管加入硝酸溶液中，超声处理，然后真空过滤，干燥，得到中间物；(2)将中间物与去离子水混合，得到混合溶液；将混合溶液置于聚四氟乙烯水热反应釜中，进行水热反应，得到反应物；(3)将反应物用去离子水洗涤，然后干燥，得到改性催化材料。本发明改性催化材料(改性MWCNTs)催化CO<subgt;2</subgt;解吸可在低温87℃下进行，明显降低了解吸温度，而且提高了CO<subgt;2</subgt;的解吸速率和解吸量，最大解吸速率提高了120.38％，解吸量提高了48.49％。本发明改性MWCNTs催化剂不仅可以提高对CO<subgt;2</subgt;的解吸性能，而且可以大大降低CO<subgt;2</subgt;捕集的高能耗要求。

技术研发人员：贺欣,李玲玲,李潘,陈思,许琪,孙艳霞,海春喜,董生徳,马路祥,周园
受保护的技术使用者：成都理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11