一种固态胺基二氧化碳捕获材料的制备方法技术

一种固态胺基二氧化碳捕获材料的制备方法是将葡萄糖溶液进行水热反应制备碳球，将碳球，十六烷基三甲基溴化铵，正硅酸四乙酯溶于甲醇与乙醇的混合溶液中，再加入浓氨水反应，过滤，焙烧，制备氧化硅空心球，将氧化硅空心球加入有机胺与乙醇组成的混合溶液中或将氧化硅空心球加入到表面活性剂，有机胺与乙醇组成的混合溶液中，经烘干，制得氧化硅空心球负载胺型吸附剂。本发明专利技术具有原料易得，价格低，制备条件温和，步骤简单，可大规模生产，高效的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种固态胺基二氧化碳捕获材料的制备方法
技术介绍
自工业革命以来，人类活动大量燃烧化石燃料导致大气中二氧化碳含量持续升高。二氧化碳作为一种“温室气体”，它对温室效应的贡献率在70％以上。温室效应造成全球气候变暖，厄尔尼诺现象频发，威胁人类生存，因此减少大气中二氧化碳的含量成为人们日益关注的焦点。二氧化碳捕集、封存及利用技术，能够直接、有效的减少烟道气中二氧化碳，据预测会在未来几十年内对二氧化碳减排的贡献越来越高，已成为当前各国研究的重点。目前比较成熟的捕获技术是液体胺吸收法，但其主要缺点是再生能耗大，胺类物质容易失活，且对设备腐蚀严重。而固态胺吸附剂吸附容量高，选择性好且可克服液胺吸收法的缺点。ShubinYang等以氧化石墨烯/介孔氧化硅层状材料为载体负载聚乙烯亚胺制备了三明治型二氧化碳吸附剂。该型吸附材料具有良好的热导性，聚乙烯亚胺负载量高，薄片结构有助于二氧化碳在材料表面扩散、吸附，有利于热传导。75℃，100kPa二氧化碳分压条件下，该吸附剂最大吸附容量为3.9mmol-CO2/g-吸附剂，并表现出较高的稳定性。(Yang,S.；Zhan,L.；Xu,X.；Wang,Y.；Ling,L.；Feng,X.,先进材料2013,25(15),2130-2134.)Sanz,Raúl等采用嫁接-浸渍双功能法，制备了胺改性扩孔SBA-15吸附剂。由于嫁接型氨官能团与浸渍类胺物质之间的协同作用，45℃，0.15bar二氧化碳偏压条件下，双功能胺吸附剂二氧化碳负载量高达5.34mmol-CO2/g-吸附剂。(Sanz,R.；Calleja,G.；Arencibia,A.；Sanz-Pérez,E.S.,材料化学A2013,1(6),1956.)但固态胺类吸附剂循环稳定性能较差，吸附剂制备过程复杂或需要昂贵的原料与模版剂，负载胺利用率低，吸附剂二氧化碳吸附容量、吸附动力学速率有待进一步提高。目前，吸附法推广应用的难点在于高性能吸附剂的选择与大规模制备。因此，研究开发新型高效的二氧化碳吸附剂，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种原料易得，价格低，制备条件温和，步骤简单，可大规模生产，高效的固态胺二氧化碳吸附剂的制备方法。本专利技术使用葡萄糖等廉价原料，采用模版法，在温和条件下制备了介孔纳米氧化硅空心球。然后采用简单浸渍法，将四乙烯五胺、五乙烯六胺、聚乙烯亚胺等胺类物质及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)、聚乙二醇(PEG)等表面活性剂负载到氧化物空心球上，制备了二氧化碳吸附剂。制备该吸附剂所使用原料易得，价格低，制备条件温和，步骤简单，因此该专利技术具有较强创新性及大规模制备可行性。本专利技术具体的制备方法，包括如下步骤:(1)配置浓度为1～4M的葡萄糖溶液，移入含聚四氟乙烯内衬的反应釜中，150～180℃条件下水热反应10～20h，制备碳球；(2)将碳球，十六烷基三甲基溴化铵，正硅酸四乙酯先后溶于甲醇与乙醇的混合溶液(甲醇:乙醇体积比为1:1～3)中，再加入浓氨水，搅拌反应12～24h，过滤，500～600℃焙烧3～6h，制备氧化硅空心球，其中碳球:十六烷基三甲基溴化铵:正硅酸四乙酯:甲醇/乙醇混合溶液:浓氨水质量比为10～20:1～2:1～4:400:10～20；(3)将氧化硅空心球加入有机胺与乙醇组成的混合溶液中，搅拌1～2h，80～100℃烘干24～48h，制得氧化硅空心球负载胺型吸附剂，命名为SX-AY型吸附剂，其中氧化硅空心球:有机胺:乙醇质量比为10:10～50:100；或将氧化硅空心球加入到表面活性剂，有机胺与乙醇组成的混合溶液中，搅拌1～2h，80～100℃烘干24～48h，制得氧化硅空心球负载胺型吸附剂，其中氧化硅空心球:表面活性剂:有机胺:乙醇的质量比为10:1～6:10～50:100，命名为SX-AY-BZ型吸附剂。如上所述的有机胺为四乙烯五胺(TEPA)、五乙烯六胺(PEHA)或聚乙烯亚胺(PEI)。如上所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)或聚乙二醇(PEG)。吸附剂组成如下:SX-AY型吸附剂，其中SX为氧化硅空心球，A为有机胺，Y为有机胺在吸附剂中的质量百分数，Y:50～83wt.％。SX-AY-BZ型吸附剂，其中SX为氧化硅空心球，A为有机胺，Y为有机胺类在吸附剂中的质量百分数，B为表面活性剂，Z为表面活性剂在吸附剂中的质量百分数，Y:70～78wt.％，Z:2～10wt.％。氧化硅空心球性质参数:比表面积800～1400m2g-1，介孔孔径2～3nm，粒径400～900nm，壳厚度为20～90nm。本专利技术制备的吸附剂的应用，包括如下步骤:吸附剂先在常压，空速5000～6000mLg-1h-1，T＝80～120℃条件下以氮气脱附2～3h；再在常压，空速3000～4000mLg-1h-1，T＝30～100℃条件下对CO2体积含量为14～16％的烟道气进行吸附2～3h。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:1)该吸附剂制备方法简单，原料廉价易得，易于操作，并且性能重复性好，容易实现工业放大。2)空心球空腔具有较大体积，可以提高胺负载量，且介孔材料与胺类物质协同作用，提高CO2吸附容量。3)空心介孔材料具有适宜粒径大小及壳厚度，既可以保证材料的结构稳定性，又有利于CO2的扩散，提高吸附动力学。4)吸附剂中添加少量表面活性剂，既有利于CO2的扩散，又可以提高吸附材料的CO2负载量。具体实施方式实施例1.配置浓度为1M的葡萄糖溶液，移入含聚四氟乙烯内衬的反应釜中，150℃条件下水热反应10h，制备碳球。将碳球，十六烷基三甲基溴化铵，正硅酸四乙酯先后溶于甲醇/乙醇的混合溶液(甲醇:乙醇体积比为1:1)中，再加入浓氨水，搅拌反应24h，过滤，500℃焙烧6h，制备氧化硅空心球，其中碳球:十六烷基三甲基溴化铵:正硅酸四乙酯:甲醇/乙醇混合溶液:浓氨水质量比为10:1:1:400:10，命名为S1。将氧化硅空心球加入四乙烯五胺与乙醇组成的混合溶液中，搅拌2h，100℃烘干24h，制得氧化硅空心球负载胺型吸附剂，其中氧化硅空心球:四乙烯五胺:乙醇质量比为10:10:100，命名为S1-TEPA50型吸附剂。S1-TEPA50型吸附剂中，有机胺TEPA的质量百分数为50wt.％。氧化硅空心球S1性质参数：比表面积800m2g-1，介孔孔径2nm，粒径400nm，壳厚度为20nm。在固定床反应器中进行CO2吸附，反应前吸附剂以氮气在100℃，空速5000mLg-1h-1下脱附2h，切换成CO2/N2的混合气进行吸附，吸附条件为：模拟烟道气(其中CO2体积含量为14％，其他为N2)，T＝80℃，流速4000mLg-1h-1，吸附2h，二氧化碳红外分析仪在线检测尾气组成(下同)。所得结果如下：实施例2.配置浓度为2M的葡萄糖溶液，移入含聚四氟乙烯内衬的反应釜中，160℃条件下水热反应12h，制备碳球。将碳球，十六烷基三甲基溴化铵，正硅酸四乙酯先后溶于甲醇/乙醇的混合溶液(甲醇:乙醇体积比为1:2)中，再加入浓氨水，搅拌反应12h，过滤，520℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态胺基二氧化碳捕获材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)配置浓度为1～4M的葡萄糖溶液，移入含聚四氟乙烯内衬的反应釜中，150～180℃条件下水热反应10～20h，制备碳球；(2)将碳球，十六烷基三甲基溴化铵，正硅酸四乙酯先后溶于甲醇与乙醇的混合溶液中，再加入浓氨水，搅拌反应12～24h，过滤，500～600℃焙烧3～6h，制备氧化硅空心球，其中碳球:十六烷基三甲基溴化铵:正硅酸四乙酯:甲醇/乙醇混合溶液:浓氨水质量比为10～20:1～2:1～4:400:10～20；(3)将氧化硅空心球加入有机胺与乙醇组成的混合溶液中，搅拌1～2h，80～100℃烘干24～48h，制得氧化硅空心球负载胺型吸附剂，命名为SX‑AY型吸附剂，其中氧化硅空心球:有机胺:乙醇质量比为10:10～50:100；或将氧化硅空心球加入到表面活性剂，有机胺与乙醇组成的混合溶液中，搅拌1～2h，80～100℃烘干24～48h，制得氧化硅空心球负载胺型吸附剂，其中氧化硅空心球:表面活性剂:有机胺:乙醇的质量比为10:1～6:10～50:100，命名为SX‑AY‑BZ型吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种固态胺基二氧化碳捕获材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)配置浓度为1～4M的葡萄糖溶液，移入含聚四氟乙烯内衬的反应釜中，150～180℃条件下水热反应10～20h，制备碳球；(2)将碳球，十六烷基三甲基溴化铵，正硅酸四乙酯先后溶于甲醇与乙醇的混合溶液中，再加入浓氨水，搅拌反应12～24h，过滤，500～600℃焙烧3～6h，制备氧化硅空心球，其中碳球:十六烷基三甲基溴化铵:正硅酸四乙酯:甲醇/乙醇混合溶液:浓氨水质量比为10～20:1～2:1～4:400:10～20；(3)将氧化硅空心球加入有机胺与乙醇组成的混合溶液中，搅拌1～2h，80～100℃烘干24～48h，制得氧化硅空心球负载胺型吸附剂，命名为SX-AY型吸附剂，其中氧化硅空心球:有机胺:乙醇质量比为10:10～50:100；或将氧化硅空心球加入到表面活性剂，有机胺与乙醇组成的混合溶液中，搅拌1～2h，80～100℃烘干24～48h，制得氧化硅空心球负载胺型吸附剂，其中氧化硅空心球:表面活性剂:有机胺:乙醇的质量比为10:1～6:10～50:100，命名为SX-AY-BZ型吸附剂。2.如权利要求1所述的一种固态胺基二氧化碳捕获材料的制备方法，其特征在于所述的有机胺为四乙烯五胺、五乙烯六胺或聚乙烯亚胺。3.如权利要求1所述的一种固态胺基二氧化碳捕获材料的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物或聚乙二醇(。4.如权利要求1所述的一种固态胺基二氧化碳捕获材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖福魁，薛光信，赵宁，李磊，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14