高效捕集的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种化学制备方法，具体地说，是一种利用阴离子功能化的大孔树脂 来实现〇) 2高效可逆捕集的方法。
【背景技术】
[0002] 温室气体C02的大量排放，导致全球气候变暖，影响生态、环境与人类健康，因此如 何实现C0 2的高效捕集成为全球广泛关注的热点问题。目前，传统的工业捕集C0 2方法是醇 胺水溶液吸收法，该方法具有原料成本低、吸收速度快、吸收容量大等优点，但也存在很多 局限性，如溶剂易挥发，设备易腐蚀，吸收剂易氧化，再生能耗高等。据统计，火力发电厂如 果采用该方法进行C0 2的捕集，需要消耗发电厂约30%的能量。
[0003] 固体吸附材料为发展新的0)2捕集方法提供了许多新的思路。首先，固体吸附材 料具有较大的比表面积和孔体积，通过物理吸附的方法能够捕集大量C0 2;其次，固体吸附 材料的多孔特性允许〇)2分子在孔道内快速传输，使C0 2迅速与材料中的化学作用位点相 结合，能够高效迅速地捕集C02。但是，这种固体吸附方法仍然具有一定局限性，例如合成 方法复杂、功能化难度大、成本较高、循环稳定性差等，限制了诸多吸附材料的工业化应用。 商业化的大孔树脂，作为一种有机多孔材料在工业催化以及水处理领域的应用日臻成熟， 但若广泛应用于气体捕集领域，仍十分艰难。原因在于，大孔树脂虽然可以通过化学枝接法 或浸渍法将胺等与co 2具有较强作用力的功能基团引入有机骨架或孔道之中，但是这种方 法会导致大孔树脂的比表面积急剧下降，捕集效率也随之降低，而且，由于胺与C0 2的化学 作用能很高，气体脱附温度需要达到120°c以上，需要大量能耗。例如，Richard等人曾将 Lanxess公司生产的伯胺功能化大孔树脂Lewatit VP 0C 1065用于C02捕集研究中，利用 胺与C02的化学作用最多可以达到2. 5mmol/g的吸附量，但是脱附温度需要达到200°C才能 使树脂完全再生。然而，大孔树脂存在非常丰富的有机骨架网络结构，为进一步树脂功能化 提供可能，而且树脂稳定性好，价格低廉，这些优点为C0 2捕集的工业化应用提供了很多机 会，需要发展一种新的商业树脂功能化策略应用于〇)2的捕集中，实现高效可逆、循环稳定 性尚、价格低廉等特点。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种利用阴离子功能化的大孔树脂实现高效碳捕集的新方 法。
[0005] 本发明提供的一种利用阴离子功能化大孔树脂实现高效碳捕集的方法，是将一系 列可捕集C0 2的碱性功能阴离子负载于商业大孔树脂上，以这种功能可调的商业大孔树脂 为吸附材料，通过化学物理两种作用来捕集C0 2气体，实现C0 2高效快速、可调控的捕集。
[0006] 本发明的具体技术方案如下：
[0007] 本发明公开了一种利用阴离子功能化的大孔树脂来高效可逆捕集C02的方法，其 特征在于，将一系列可与C02相互作用的阴离子负载在商业大孔交换树脂上，实现对CO 2的 可调控捕集，吸收压力为0. 0001~0. 2MPa，吸收温度为20°C~100°C下，吸收时间为0. 1~ 3小时，吸收的0)2是易脱附，脱附温度在60~120°C之间，脱附时间在0. 1~3小时之间。
[0008] 作为进一步地改进，本发明所述的大孔树脂为市面可售的商业大孔阴离子交换树 脂经阴离子交换的功能化处理后得到，所述的商业大孔交换树脂的型号为国产D201大孔 交换树脂、美国罗门哈斯树脂Amberlite IRA-900、AmberlystA26、德国LewatitMP-500、日 本Diaion PA中的一种。
[0009] 作为进一步地改进，本发明所述的负载后的阴离子为四氮唑阴离子、苯并三氮唑 阴离子、苯酚阴离子、三氮唑阴离子、咪唑阴离子中的一种。
[0010] 作为进一步地改进，本发明所述的大孔树脂为三氮唑阴离子功能化的Amberlite IRA-900 树脂。
[0011] 作为进一步地改进，本发明所述的C02压力在0· 01到0· IMPa大气压之间。
[0012] 作为进一步地改进，本发明所述的C02吸收温度在20°C~80°C之间。
[0013] 作为进一步地改进，本发明所述的C02吸收时间在0. 5~1小时之间。
[0014] 作为进一步地改进，本发明所述的吸收的C02是十分容易脱附的，脱附温度可在 70~90°C之间。
[0015] 作为进一步地改进，本发明所述的0)2脱附时间在0. 2~0. 5小时之间。
[0016] 本发明主要是设计将一系列可捕集C02的碱性功能阴离子负载于商业化的大孔树 脂上，首次通过这种阴离子功能化的策略使商业化大孔树脂获得卓越的捕集C0 2的能力，实 现了对〇)2的高效可逆捕集，该方法在工业化应用方面也极具潜力。
[0017] 与传统方法相比，本发明所采用的方法是十分新颖的，具有如下特性和有益效果： 1)将一系列可捕集〇)2的功能基团以阴离子的形式负载于商业大孔树脂上，通过这种功能 化的策略大幅度提高了商业大孔树脂捕集C0 2的能力，实现对C0 2的高效可逆捕集，常压下 最高可达4. 3mmol/g ;2)负载有与C02具有较高作用焓的功能阴离子的大孔树脂，在低压条 件下也可以实现对C02的良好吸收。
【具体实施方式】
[0018] 本发明是一种利用阴离子功能化大孔树脂的策略来实现0)2高效捕集的方法，是 将可捕集C0 2的功能阴离子通过酸碱中和作用负载于商业大孔树脂上，使其既具有功能化 阴离子的良好吸收C02能力，又具有大孔材料的优秀吸收速率。以这种阴离子功能化大孔 树脂为吸附材料，来捕集C0 2气体，吸附压力为0. 0001~0. 2MPa，吸附温度为20°C~100°C 下，吸附时间为〇. 1~3小时；吸附的0)2极易脱附，脱附温度在60~120°C之间，脱附时间 在0. 1~3小时之间。
[0019] 本发明所用的一系列大孔树脂均以市面可售的大孔型阴离子交换树脂为原料， 型号有：国产D201交换树脂；美国罗门哈斯树脂AmberliteIRA-900、AmberlystA26 ;德国 LewatitMP-500;;日本Diaion PA等，通过树脂交换法，经过功能化处理后所负载的功能阴 离子分别为四氮唑阴离子、苯并三氮唑阴离子、苯酚阴离子、三氮唑阴离子或咪唑阴离子。
[0020] C02压力可在一个较宽的范围内变化，通常在0. 0001到0. 2MPa大气压之间，优选