一种用于CO2吸附的纳米片沸石及其制备方法和应用与流程

本发明属于co2吸附材料领域，具体涉及一种用于co2吸附的纳米片沸石及其制备方法。

背景技术：

1、co2引起的气候变化问题已成为国际社会普遍关心的重大全球性问题。为降低碳排放量、利用碳捕集技术将燃煤发电厂等行业所产生的co2富集回收以便利用或封存，是未来实现碳中和、保障能源安全和促进可持续发展的重要手段。针对燃煤电厂等co2固定排放源所排放烟气的碳捕集，以一乙醇胺为吸收剂的化学吸收法是应用最广泛、最成熟的碳捕集技术。然而，高再生能耗、高腐蚀性等瓶颈问题阻碍了该技术的进一步推广应用。国内外学者为开发新型烟气碳捕集技术开展了大量研究，其中，高效、稳定的沸石固体吸附材料受到重视，其优势在于消除了再生过程中的溶液升温显热和蒸发潜热，极大的降低了能耗；且吸附剂与反应器为固-固接触，有效避免了设备腐蚀问题。

2、沸石是一类重要的多孔无机晶体材料，主要包括硅(锗)酸盐(如zsm-5)、磷(砷)酸盐(如aipo4-5)、或硅磷酸盐(如sapo-34)。由于具有丰富的骨架拓扑结构和元素组成，沸石分子筛自合成以来就广泛应用于离子交换、吸附分离和催化等领域。在过去的十年里，虽然沸石在co2吸附方面取得了一定的进展，但传统hzsm-5(三维沸石材料)中存在的长微孔通道所带来的空间利用及传质限制仍然是一个有待解决的问题。这不仅会使沸石活性体积的利用效率低，而且限制了气体吸附过程中的传质效率，较长的通道使co2富集，易造成材料堵孔失活。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于co2吸附的纳米片沸石及其制备方法和应用，通过可控合成纳米片沸石作为co2吸附剂，实现提高吸附速率和吸附容量，并降低材料堵孔风险的目的。

2、本发明提供的用于co2吸附的纳米片沸石hzsm-5纳米片，其b轴厚度＜60nm。该纳米片沸石将层叠沸石和纳米沸石的优点结合，纳米片骨架缺陷减少，同时沿b轴取向的轴厚明显缩短，沿另外两个方向的晶面明确，具有较好的扩散效率，材料的表面可达性提高，从而能够进一步提升co2吸附过程中的传质速率，实现提高吸附速率和吸附容量，并降低材料堵孔风险的目的。

3、上述用于co2吸附的纳米片沸石hzsm-5纳米片，其b轴厚度优选为20nm＜b轴厚度＜60nm。

4、本发明提供的上述用于co2吸附的纳米片沸石hzsm-5纳米片的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)纳米晶种悬浮液合成

6、纳米晶种悬浮液是在水热处理下制备的。将10～60质量份正硅酸乙酯(teos)与50～80质量份四丙基氢氧化铵混合并在20～40℃下搅拌4～6小时，获得水解的澄清溶液；将所得溶液升温至40～60℃，以除去teos水解产生的乙醇；再将溶液转移到有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在50～90℃、静态条件下水热处理24～72小时，获得尺寸为20nm的纳米晶种悬浮液。

7、(2)hzsm-5纳米片合成

8、将硅源、有机碱、模板剂、去离子水和纳米晶种悬浮液混合，制成溶液a；将铝源和nh4f分别溶解在去离子水中，分别制成溶液b和c；在30～40℃下搅拌溶液a4～6小时后，依次滴加溶液b和c，得到混合溶液；将混合溶液剧烈搅拌1～2小时以获得前体凝胶；将所得凝胶转移至有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在150～170℃下结晶1天后，将固体产物离心2～3次，用去离子水漂洗至中性，80～100℃干燥12～24小时，然后在空气中于500～600℃下煅烧4～6小时获得hzsm-5纳米片。

9、其中，硅源、铝源、有机碱、模板剂、nh4f、所用去离子水的总量的摩尔比按照sio2:al2o3:有机碱:模板剂:nh4f:h2o为1:(0.001～0.1):(0.01～0.8):(0.01～0.5):(0.01～1):(100～200)，即硅源的用量以sio2参与比例计算，铝源的用量以其中的铝的氧化物al2o3参与比例计算，去离子水为该步骤所用总的去离子水量；其中，纳米晶种悬浮液的加入量占sio2的质量百分比为1～100％。

10、上述方法中，进一步地，所述纳米晶种悬浮液的加入量占sio2的质量百分比为20～50％。

11、上述方法中，进一步地，硅源、铝源、有机碱、模板剂、nh4f、所用去离子水的总量的摩尔比按照sio2:al2o3:有机碱:模板剂:nh4f:h2o优选为1:0.0025:0.04:0.1:0.8:180。

12、上述方法中，进一步地，所述硅源为正硅酸乙酯、硅溶胶中的至少一种。

13、上述方法中，进一步地，所述有机碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵中的至少一种。

14、上述方法中，进一步地，所述模板剂为四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丙基溴化铵、四丁基溴化铵中的至少一种。

15、上述方法中，进一步地，所述铝源为硝酸铝、三氯化铝、异丙醇铝中的至少一种。

16、本发明还提供了上述hzsm-5纳米片在碳捕集领域中的应用。优选地，所述应用是作为co2吸附剂。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明所述纳米片沸石hzsm-5纳米片，其b轴厚度＜60nm。该纳米片沸石将层叠沸石和纳米沸石的优点结合，纳米片骨架缺陷减少，同时沿b轴取向的轴厚明显缩短，沿另外两个方向的晶面明确，有效提升了co2吸附过程中的扩散传质速率，达到提高co2吸附容量，降低材料堵孔风险的目的。得益于此，纳米片沸石hzsm-5纳米片有望在多次co2吸附解吸循环中保持稳定的吸附性能。

技术特征：

1.一种用于co2吸附的纳米片沸石hzsm-5纳米片，其特征在于，所述hzsm-5纳米片的b轴厚度＜60nm。

2.权利要求1所述用于co2吸附的纳米片沸石hzsm-5纳米片的制备方法，包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述纳米晶种悬浮液的加入量占sio2的质量百分比为20～50％。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，硅源、铝源、有机碱、模板剂、nh4f、所用去离子水的总量的摩尔比按照sio2:al2o3:有机碱:模板剂:nh4f:h2o为1:0.0025:0.04:0.1:0.8:180。。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述硅源为正硅酸乙酯、硅溶胶中的至少一种。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述有机碱为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵中的至少一种。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述模板剂为四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丙基溴化铵、四丁基溴化铵中的至少一种。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述铝源为硝酸铝、三氯化铝、异丙醇铝中的至少一种。

9.权利要求1所述hzsm-5纳米片在碳捕集领域中的应用。

10.根据权利要求9所述应用，其特征在于所述应用是作为co2吸附剂。

技术总结
本发公开了一种用于CO<subgt;2</subgt;吸附的纳米片沸石及其制备方法和应用。所述用于CO<subgt;2</subgt;吸附的纳米片沸石HZSM‑5纳米片，其b轴厚度＜60nm。该纳米片沸石将层叠沸石和纳米沸石的优点结合，纳米片骨架缺陷减少，同时沿b轴取向的轴厚明显缩短，沿另外两个方向的晶面明确，具有较好的扩散效率，材料的表面可达性提高，能够进一步提升CO<subgt;2</subgt;吸附过程中的传质速率，从而提高吸附速率和降低材料堵孔风险的目的。HZSM‑5纳米片制备方法包括(1)纳米晶种悬浮液合成；(2)HZSM‑5纳米片合成。本发明提供的HZSM‑5纳米片可在碳捕集领域中的应用。

技术研发人员：杨茜,赵潇,廖清云,栗晟,王骥,刘涛,谢和平
受保护的技术使用者：天府永兴实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/10/17