一种胺改性介孔氧化铝及其制备方法和应用

本发明涉及碳捕集，尤其涉及一种胺改性介孔氧化铝及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，温室气体排放导致全球变暖成为严重的问题，对二氧化碳碳捕集利用与封存技术(ccus)越来越受到重视，采用吸附材料捕集co2是一种重要技术，由于co2亲和性差、吸附效率和选择性低，co2吸附操作条件复杂，同时吸附剂制备成本高，限制了吸附材料及相关技术的应用。为解决吸附效率和选择低的问题，高效低成本的吸附剂制备成为研究重点。

2、介孔材料因高比表面积、窄的孔径分布且孔径可调而被广泛用于co2捕集。其中，介孔氧化铝以通过不同的温度焙烧来获得多种结晶形态，具有热稳定性高、比表面积大、孔径分布窄等特点，且因其优异的物理、化学性质以及其低成本和容易获得，被广泛应用于吸附、催化和分离等领域。介孔氧化铝常用的制备方法为溶胶-凝胶法、沉淀法等。hashemidehkordi(ha shemidehkordi s a,golbodaqi m,mortazavi-manesh a,e t al.dimethylether from methanol on mesoporousγ-alumina catalyst prepa red fromsurfactant free highly porous pseudo-boehmite[j].molecular cata lysis,2023,538:113004.)以硝酸铝为前驱体制备了比表面积为272m2/g，孔容为0.94cm3/g，孔径为13.8nm的γ-al2o3，研究了γ-al2o3催化剂的甲醇转化率和二甲醚选择性。su(su a-p,zhouy,yao y-h,et al.a facile rout to synthesis lamellate structure mesoporousalumina using polyethylene glycol 6000(peg,molecular weight＝6000)asstructure directing agent[j].microporous and mesoporous materials,2012,159:36-41.)等以al2(so4)3和naalo2为铝源，非离子表面活性剂peg 6000为模板剂制备了具有结晶骨架壁的层状结构介孔氧化铝，比表面积279m2/g，孔容约为0.88cm3/g，平均孔宽约为12.5nm。wang(bararpour s t,karamid,mahinp ey n.utilization of mesoporousalumina-based supports synthesized by a surfactant-assisted technique forpost-combustion co2 capture[j].journal o f environmental chemicalengineering,2021,9(4):105661.)等人以仲丁醇铝为铝源制备了介孔氧化铝，得到的材料比表面积为425m2/g，平均孔径为4.0nm，孔容为0.47cm3/g，后负载k2co3制备吸附剂，以提高吸附剂的吸附量。卫(卫建军,葛毅捷.纳米镍-铁/介孔氧化铝的制备及其三氯乙烯还原脱氯活性研究[j].环境工程,2023,41(06):132-142+173.)等人以异丙醇铝为铝源，以盐酸和柠檬酸调节溶液酸度，制备的介孔氧化铝比表面积达350m2/g，平均孔径为7.65nm，孔容为0.68cm3/g，后采用水解共沉淀-氧化-晶化法制备纳米镍-铁/介孔氧化铝材料是非常有前景的氯代烃污染地下水修复材料。

3、然而，采用有机铝为铝源合成有序介孔氧化铝，其比表面积、孔容、孔径较大，但所用原料及模板剂非常昂贵，合成成本高，难以实现工业化生产；采用无机铝源以沉淀法制备介孔氧化铝比表面积小，孔径分布宽。因此，低成本合成较高比表面积、窄孔径分布的有序介孔氧化铝，将其应用在捕集二氧化碳中具有重要价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种胺改性介孔氧化铝及其制备方法和应用，可低成本制备高比表面积、窄孔径分布的介孔氧化铝，提高二氧化碳吸附性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种胺改性介孔氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

4、将无机铝源、模板剂和水混合，得到混合液；

5、将所述混合液与沉淀剂和辅助剂混合，进行沉淀反应后，老化，得到溶胶；

6、将所述溶胶进行焙烧，得到γ-氧化铝；

7、将所述γ-氧化铝、亲水型有机胺和有机溶剂混合，进行改性，得到胺改性介孔氧化铝。

8、优选的，所述无机铝源包括硝酸铝；所述模板剂包括十六烷基三甲基溴化铵、三嵌段共聚物或聚乙二醇。

9、优选的，所述无机铝源与模板剂的质量比为1:0.01～0.4；

10、所述沉淀剂包括碳酸铵；所述无机铝源与沉淀剂的质量比为1:0.2～1.0。

11、优选的，所述辅助剂包括磷酸二氢铵或磷酸氢二铵，所述无机铝源与辅助剂的质量比为1:0.005～0.2。

12、优选的，所述沉淀反应的温度为40～80℃，时间为0.5～3h；所述老化的温度为50～70℃，时间为6～24h。

13、优选的，所述焙烧在空气或氮气氛围下进行；所述焙烧的温度为250～850℃，保温时间为5～8h。

14、优选的，所述γ-氧化铝的比表面积为200～550m2/g，孔容为0.2～1.2cc/g，平均孔径为3～7nm。

15、优选的，所述亲水型有机胺包括三乙烯四胺、四乙烯五胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇或二甘醇胺；所述γ-氧化铝与亲水型有机胺的质量比为1:0.1～2.0；所述改性的温度为25～40℃，时间为2～6h。

16、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的胺改性介孔氧化铝。

17、本发明提供了上述技术方案所述胺改性介孔氧化铝在吸附二氧化碳中的应用。

18、本发明提供了一种胺改性介孔氧化铝的制备方法，本发明先采用沉淀自组装方法制备有序介孔氧化铝，无机铝源与沉淀剂进行原位沉淀反应的过程中形成含有结晶水的氢氧化铝沉淀，模板剂与氢氧化铝沉淀通过静电力及氢键进行自组装，制备得到γ-氧化铝。此外，本发明利用模板剂在焙烧过程中起到造孔作用或者保持孔道作用，利用辅助剂显著增加材料的比表面积，然后通过胺改性制备胺改性介孔氧化铝，本发明所制备的有序介孔氧化铝具有孔道有序、比表面积高、孔径分布窄的特点，有利于胺负载到介孔氧化铝孔道内部，增大co2吸附位点，提高材料对co2的吸附容量，因而采用该有序介孔氧化铝作为载体制备的胺改性介孔氧化铝材料具有较高的co2吸附能力及较好的再生循环性。本发明制备的胺改性介孔氧化铝吸附剂对工业烟气中co2的吸附量高达286.11mg/g；吸附剂经过多次吸附-解吸循环后仍然保持90％以上的吸附量，再生性能良好，有利于工业化的应用。

19、本发明采用沉淀自组装方法，制备工艺简单，所需时间短，无需控制溶液的ph值；本发明以廉价的无机铝源作为铝源，减少了原料成本。