用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及co2直接空气碳捕集领域，特别涉及一种用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，因全球碳排放过量引发的一系列自然灾害已经是全球亟需解决的一大问题，ccus（碳捕集、利用及封存）技术应运而生。我国也提出双碳目标，但是目前研究的重点只是在一些发电厂和垃圾焚烧厂等大规模排放co2的固定地点进行碳捕集，而移动源co2排放一般指人类日常活动及交通运输产生的co2排放，占总排放的40%，具有排放点排量小、分布广、数量多等特点，不易捕集，导致捕集效率低。目前用于直接空气碳捕集的吸附剂存在吸附容量低和再生消耗能源大等缺点，难以实现工业化应用，且碳捕集之后的co2主要封存于大地和海洋中，这个过程需要消耗大量的能源才能够实现。因此找到一种价格低廉、吸附容量高而且捕集到的co2易于封存的可再生吸附剂是发展空气碳捕集的重要途径。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用。

2、本发明提供一种用于空气碳捕集的树脂基吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

3、s1：改性：将树脂材料与金属离子溶液混合搅拌，金属离子与树脂中的胺基结合形成稳定的螯合物，得到负载金属离子的基底材料；

4、s2：浸渍：将s1得到的基底材料浸没在碱性溶液并搅拌，碱性溶液中的oh-与螯合物结合得到改性的树脂材料；

5、s3：干燥：将s2得到的树脂材料干燥去除多余的水分即可得到用于空气碳捕集的树脂基吸附剂；

6、其中，所述树脂材料为弱碱性阴离子树脂，即本身带有胺基的树脂，这些胺基为金属离子提供了结合位点。所述弱碱性阴离子树脂的胺基含量为7.0-10.0 mmol/g，树脂类型为苯乙烯类多胺型（wa20、d301等）和丙烯酸类多胺型（d941等），步骤s1中所述金属离子溶液为铁系过渡金属，具有较强的接收电子能力（络合能力），包括但不限于硫酸铁，氯化铁，硝酸镍，氯化镍，硫酸钴，氯化钴溶液中的一种或多种；

7、弱碱性阴离子树脂胺基密度过低不利于固载金属离子，造成co2捕集性能较差；胺基含量过高会导致胺基基团与金属离子形成多元配合物，降低金属离子与氢氧根的结合能力，并导致吸附容量的下降。此外，胺基密度过高也会导致树脂成本增加。

8、通过搅拌浸渍的方法将金属离子负载到树脂上，金属离子与弱碱性阴离子树脂中的胺基螯合，结合稳定，不容易脱出，制备得到改性后的树脂基吸附剂具有很高的co2吸附性能。

9、进一步地，步骤s1中胺基与金属离子的摩尔比为(1-3):1，可以保证金属离子与树脂结合的稳定性，优选胺基与金属离子的摩尔比为(2-3):1。

10、进一步地，步骤s2中所述碱性溶液为氢氧化钠，氢氧化钙，氢氧化钾，氢氧化钡溶液中的一种或多种，所述碱性溶液质量浓度为0.1-2%，优选为0.5-1%。

11、进一步地，所述碱性溶液的ph值范围为10-14，保证oh-与螯合物的顺利结合，又不会因为浓度过高造成基底材料的破坏，优选ph值范围为11-13。

12、进一步地，步骤s1中所述金属离子溶液的浓度为 0.05-5 g/l，优选为1-3 g/l，较高的离子浓度使得负载金属离子的数量和速度都有所提升。

13、进一步地，步骤s1中所述混合搅拌的时间为0.5-5 h，搅拌速度为50-500 r/min，搅拌温度为25-65℃，步骤s2中浸没在碱性溶液并搅拌的时间为0.5-5 h。

14、进一步地，步骤s3中干燥时间为5-20 h，干燥温度为40-100℃。

15、本发明还提供按照所述方法制备得到的co2吸附剂。

16、本发明还提供所述的吸附剂在吸附空气中的co2中或吸附剂在循环再生中的应用；

17、吸附剂吸附温度为0℃-60℃，气流为浓度在400-2000 ppm，相对湿度在0%-90%范围内的co2气流，吸附过程中，co2先与水蒸气反应生成hco3-，再与吸附剂中螯合物结合的羟基反应，实现co2的吸附。

18、本发明还提供所述吸附剂在循环再生中的应用的再生方法，包括如下步骤：

19、海水与吸附过后的吸附剂反应，反应完成后补充与海水等量的碱性溶液，即完成所述吸附剂的再生；

20、利用海水与吸附过后的吸附剂反应，吸附剂通过固定床中的海水（海水体积是吸附剂体积的50-60倍），海水中的cl-取代hco3-，将吸附的co2直接封存到海洋中，实现co2的封存，通过碱性溶液补充oh-后可以进行吸附剂的再生（所用碱性溶液体积与海水等量），以此实现吸附剂的循环利用。吸附饱和过后的吸附剂通过海水时与海水中的氯化钠反应生成碳酸氢钠，将捕集到的co2直接封存到海洋中，这一步骤与传统的封存技术相比，节约了大量的人力和资源，减少运输和封存的成本，并且吸附剂通过海水之后可以实现co2的封存，再通过氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钡溶液中的一种或多种的混合溶液中获取oh-实现再生，可以用于下次吸附。

21、综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

22、（1）本申请提供一种制备步骤简单，样品易制的吸附剂制备方法。

23、（2）本发明所制备的吸附材料吸附饱和后利用海水洗涤可实现co2的封存，经过简单的碱溶液处理可实现吸附剂的再生，再生能耗低，且避免了热再生导致的吸附容量衰减。

24、（3）本申请提供一种空气碳捕集吸附剂吸附性能高的吸附剂，在400-2000 ppm的低浓度co2吸附气氛下具有高吸附容量。

25、（4）本申请提供一种可再生的空气碳捕集吸附剂，再生的吸附剂可以用于循环吸附且稳定性很好，经过10次循环，吸附量仅下降了1%。

技术特征：

1.一种用于空气碳捕集的树脂基吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：改性：将树脂材料与金属离子溶液混合搅拌得到负载金属离子的基底材料；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中胺基与金属离子摩尔比为(1-3)：1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述碱性溶液为氢氧化钠，氢氧化钙，氢氧化钾，氢氧化钡溶液中的一种或多种，所述碱性溶液质量浓度为0.1-2%。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述碱性溶液的ph值范围为10-14。

5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中混合搅拌的时间为0.5-5h，搅拌速度为50-500 r/min，搅拌温度为25-65℃，步骤s2中浸没在碱性溶液并搅拌的时间为0.5-5 h。

6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中干燥时间为5-20 h，干燥温度为40-100℃。

7.权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的吸附剂。

8.权利要求7所述的吸附剂在吸附空气中的co2中或吸附剂在循环再生中的应用。

9.权利要求8所述吸附剂在循环再生中的应用的再生方法，其特征在于，包括如下步骤：海水与吸附过后的吸附剂反应，反应完成后补充oh-，即完成所述吸附剂的再生。

技术总结
本发明公开了一种用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用。所述吸附剂的制备方法包括如下步骤：S1：改性：将树脂材料与金属离子溶液混合搅拌得到负载金属离子的基底材料；S2：浸渍：将S1得到的基底材料浸没在碱性溶液并搅拌，得到改性的树脂材料；S3：干燥：将S2得到的树脂材料干燥即可得到用于空气碳捕集的树脂基吸附剂。其中，所述树脂材料为弱碱性阴离子树脂。本发明的树脂基吸附剂的制备方法简单易操作，无需消耗大量有毒试剂，制得的吸附剂空气碳捕集效果好，捕集的CO<subgt;2</subgt;可直接封存到海洋中并且能够实现吸附剂的再生且循环稳定性好。

技术研发人员：张作泰,颜枫,彭雄,华佳利,许继云
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：2024/7/29