一种吸附剂及其制备方法和应用以及二氧化碳水合吸附的方法

本发明属于二氧化碳捕获领域，具体涉及一种吸附剂及其制备方法和应用以及二氧化碳水合吸附的方法。

背景技术：

1、基于水合物的二氧化碳捕获是一种在温和条件下通过水合物形成快速捕获二氧化碳气体，同时也可以通过水合物分解释放捕获二氧化碳气体的技术。该技术实际应用的成功受到水合物形成的某些技术困难的阻碍，如储存能力不足和形成速度缓慢。

2、目前，加速水合物形成的方法有物理方法和化学方法。物理方法包括搅拌、鼓泡、雾化和外场方法，其目的是扩大水合物形成过程中气、液两相的接触面积，增强水合物的传热传质，从而加快水合物的生成速度。化学方法可分为热力学促进和动力学促进。热力学促进需要采用热力学促进剂，旨在降低水合物相平衡条件和调节反应条件，热力学促进剂通常包括四氢呋喃(thf)、四丁基溴化铵(tbab)、丙酮和气体添加剂等。动力学促进需要采用动力学促进剂，动力学促进剂以表面活性剂为主，主要起到降低液体表面张力、降低气体分子向液相扩散阻力、增加气体分子溶解度的作用。动力学促进剂包括十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、十二烷基硫酸钠(sds)等。然而，在目前常用的加速水合物形成的方法中，物理方法的分离效率较低，并且由于设备复杂，通常需要额外的能量，在工业生产中需要更高的成本；化学方法的分离效率较低，并且在动力学促进过程中所采用的动力学促进剂例如表面活性剂的回收率较低，有些表面活性剂甚至有毒，对环境有害，在实际应用中有所限制。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种能够提高二氧化碳分离效率的吸附剂的制备方法。

2、具体地，本发明提供的吸附剂的制备方法包括以下步骤：

3、s1.将氧化石墨烯和含氮化合物于水中进行水热反应，水热反应的条件使得氧化石墨烯被氮掺杂并切割为量子点，得到氮掺杂氧化石墨烯量子点；

4、s2.将氮掺杂氧化石墨烯量子点和四丁基氟化铵以及环戊烷混合，即得吸附剂。

5、本发明的第二目的在于提供由上述方法制备得到的吸附剂。

6、本发明的第三目的在于提供上述吸附剂作为二氧化碳水合吸附剂的应用。

7、本发明的第四目的在于提供一种二氧化碳水合吸附的方法，该方法包括将含有二氧化碳的混合气体采用上述吸附剂进行水合吸附处理，以捕获混合气体中的二氧化碳。

8、本发明的关键在于以含氮化合物作为切割剂和掺杂剂制备氧化石墨烯量子点，在此基础上，将所得氮掺杂氧化石墨烯量子点与四丁基氟化铵(tbaf)以及环戊烷(cp)复配使用作为二氧化碳水合吸附剂，可以有效提高二氧化碳的分离效率。推测其原因，可能是由于：一方面，以含氮化合物作为切割剂和掺杂剂制备氧化石墨烯量子点，氮原子可以有效掺入氧化石墨烯量子点中，氮原子的引入可以更有效地降低液体表面张力、增加气体分子溶解度、提高体系的传热传质能力，缩短诱导时间，从而更好地促进水合物的形成；另一方面，石墨烯量子点为纳米颗粒，纳米颗粒本身能够提高体系的导热性，而四丁基氟化铵以及环戊烷的复合使用有利于纳米颗粒导热网络的形成，从而赋予体系良好的传热传质能力，更有利于促进水合物的形成。也即，本发明从内外两个维度协同促进水合物合成，由此实现二氧化碳的有效捕获。

技术特征：

1.一种吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述水热反应的方式包括将氧化石墨烯和含氮化合物及水搅拌混合均匀，再将所得混合物于水热反应条件下进行反应；

3.根据权利要求1或2所述的吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法还包括步骤s1中水热反应之后的纯化步骤；

4.根据权利要求1或2所述的吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述氮掺杂氧化石墨烯量子点与四丁基氟化铵的比例为100mg:(0.3～2)mol；所述氮掺杂氧化石墨烯量子点与环戊烷的比例为100mg:(1～10)ml。

5.由权利要求1～4中任意一项所述的方法制备得到的吸附剂。

6.权利要求5所述的吸附剂作为二氧化碳水合吸附剂的应用。

7.一种二氧化碳水合吸附的方法，其特征在于，该方法包括将含有二氧化碳的混合气体采用权利要求5所述的吸附剂进行水合吸附处理，以捕获混合气体中的二氧化碳。

8.根据权利要求7所述的二氧化碳水合吸附的方法，其特征在于，所述水合吸附处理的过程包括将水合吸附剂置于水合吸附反应器内部，将水合吸附反应器内部加压至0.2mpa以上，再减压除去水合吸附反应器内部存在的空气，将置于水合吸附反应器内部的水合吸附剂预冷至2～5℃，待温度达到预冷温度后通入混合气体直到压力达到2mpa以上后停止通入混合气体，通气过程中打开搅拌，当水合吸附反应器内部的压力变化幅度降至0.01mpa/min以下时关闭搅拌，停止通入混合气体后继续反应1～5h，之后打开出气阀收集剩余气体。

9.根据权利要求8所述的二氧化碳水合吸附的方法，其特征在于，所述混合气体为二氧化碳与氮气。

10.根据权利要求8所述的二氧化碳水合吸附的方法，其特征在于，所述混合气体中二氧化碳的体积占比为5～30％。

技术总结
本发明属于二氧化碳捕获领域，涉及一种吸附剂及其制备方法和应用以及二氧化碳水合吸附的方法。所述吸附剂的制备方法包括以下步骤：S1.将氧化石墨烯和含氮化合物于水中进行水热反应，所述水热反应的条件使得氧化石墨烯被氮掺杂并切割为量子点，得到氮掺杂氧化石墨烯量子点；S2.将氮掺杂氧化石墨烯量子点和四丁基氟化铵以及环戊烷混合，即得所述吸附剂。本发明的关键在于以含氮化合物作为切割剂和掺杂剂制备氧化石墨烯量子点，在此基础上，将所得氮掺杂氧化石墨烯量子点与四丁基氟化铵以及环戊烷复配使用作为二氧化碳水合吸附剂，可以有效提高二氧化碳的分离效率。

技术研发人员：王研,杨吉,张捷,赵钟毓,任建辉,张学骜,张宇锋,但泽宇,闫西同
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/19