一种基于天然粘土的CO制造技术

本发明专利技术公开了一种基于天然粘土的CO

【技术实现步骤摘要】
一种基于天然粘土的CO2吸附剂及其制备方法
本专利技术属于吸附剂的制备与改良
，更具体地，涉及一种基于天然粘土的CO2吸附剂及其制备方法。
技术介绍
工业革命以来，以煤炭、石油为主的化石燃料的大量使用造成全球气候变暖，即温室效应，由此引起的陆地荒漠化、海平面上升、生物多样性丧失等问题愈发严峻。温室气体的主要成分是CO2，其对温室效应的贡献约占总比的60％；因此，发展CO2捕集与封存技术(CCS)对于减少全球CO2排放，进而缓解温室效应具有重要意义。目前，工业生产中CO2捕集技术是醇胺溶液吸收法，尽管醇胺溶液对CO2具有较高的吸附量及选择性，但是再生能耗高、对设备腐蚀严重以及溶液易挥发和降解等缺陷不容忽视。此外，膜吸收法、物理吸收法、低温储存等多种方法也受到了研究者关注，然而适应性差及生产成本高昂的问题仍待解决。使用固体吸附剂进行CO2的循环式吸附脱附由于具有吸附容量高、能量消耗低、适应能力强等优势被认为是具有广泛应用前景的CO2捕集技术。以活性炭、金属有机骨架、分子筛代表的多孔材料被用于CO2吸附与分离，其中，利用生物质、矿物等天然原料制备固体吸附剂的方法逐渐成为当今研究的热点。金娇等在“一种介孔-金属复合气体吸附材料的同步制备方法”(CN107824170A)中，以天然硅藻土为原料利用碱融法提取硅源，水合法合成介孔固体吸附剂。张全生等在“以天然生物质蚕沙为原料制备酸性气体吸附剂的方法”(CN110227415A)中，以生物质蚕沙为原料与碱土金属化合物混合，经高温碳化得到天然生物质碳材料吸附剂用于CO2吸附。吴琼等在“一种吸附CO2的氮掺杂炭吸附剂的制备方法”(CN106984267A)中，以速生杨树皮为原料，含氮化合物为氮源，通过水热反应及高温碳化后得到微孔结构发达的固体吸附剂。综上所述，目前通过天然原料制备的固体吸附剂均为三维多孔结构，在气体吸附过程中CO2分子难以接近孔隙结构深处的表面导致吸附动力学及有效利用率的降低，同时三维多孔结构不利于固体表面进行改性、刻蚀等处理以进一步提高气体吸附量。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于天然粘土的CO2吸附剂及其制备方法，其目的在于利用天然粘土制备具有吸附动力学迅速、有效利用率高、吸附容量大等优势的二维多孔结构的粘土纳米片吸附剂。为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种基于天然粘土的CO2吸附剂制备方法，包括以下步骤：第一步，水热反应进行离子插层；将粘土与饱和氯化钠溶液混合后置于水热反应器中，在105～120℃下加热6-24小时，冷却后将反应产物过滤并用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤；然后将无水乙醇洗涤后的反应产物与浓度为1-3mol/L、体积与饱和氯化钠溶液相同的氯化锂溶液混合后置于水热反应器中，在105～120℃下加热6-24小时，冷却后将混合物过滤并用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤，得到钠离子及锂离子插层后的粘土；第二步，超声辅助液相剥离；上述钠离子及锂离子插层后的粘土与去离子水混合；然后在冰浴中用超声处理使二维粘土纳米片剥落，得到二维粘土纳米片分散液与未剥离的粘土颗粒以及杂质的混合物；第三步，离心筛分和冷冻干燥；将第二步得到的混合物离心除去未剥离的粘土颗粒及杂质，得到二维粘土纳米片的稳定分散液；然后将分散液冷冻并冷冻干燥，得到二维粘土纳米片；第四步，酸处理粘土纳米片表面上述二维粘土纳米片与浓度为0.1-1mol/L的酸溶液按照4g/2L的质量体积比混合并剧烈搅拌6-12小时，搅拌结束静置，之后将上层清液取出，并将下层浊液冷冻并冷冻干燥，得到二维多孔结构的粘土纳米片作为CO2吸附剂。所述第一步，粘土与饱和氯化钠溶液以3g/1L的质量体积比混合。所述第一步，与饱和氯化钠溶液混合后的加热温度为110℃，与氯化锂溶液混合后的加热温度为110℃。上述第二步，去离子水与第一步中饱和氯化钠溶液的体积比为4:5。上述第二步，所述超声处理为用尖端超声仪以40％的振幅超声处理0.5-1.5小时。所述粘土为蛭石、高岭土、蒙脱土、伊利土中的一种或两种以上。所述酸溶液为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氢氟酸中的一种或两种以上。上述CO2吸附剂的应用，将所述的高效吸附剂放入固定床反应器中，在100℃下真空脱气12小时，然后在25℃的吸附温度、0-50bar的压力范围下进行CO2吸附。所述真空脱气绝对压力为0.013bar。与现有技术相比，本专利技术优点及有益效果在于：本专利技术提供的吸附剂以具有层状结构的天然粘土为原料，通过结合离子插层与液相剥离、表面酸处理的方法制备具有二维多孔结构的粘土纳米片。由于二维多孔结构的表面易于CO2分子接触并且传热传质更为迅速，因此提高了吸附动力学及有效利用率。此外，二维粘土纳米片的表面易于化学修饰，有利于进一步提高气体吸附量，本专利技术对剥离得到二维粘土纳米片表面进行酸处理，使得孔道更加开放、比表面积更大，CO2吸附量提高了118％。在原料的选择上，天然粘土具有安全稳定、储量丰富、价格低廉的优点，从而有利于生产成本的降低。在制备方法上，本专利技术通过离子插层与液相剥离相结合并进行表面酸处理得到二维多孔结构的粘土纳米片，该方法具有反应条件温和、生产效率高、操作简单安全、生产规模易扩大的优势。本专利技术提供的吸附剂在温度为25℃，压力为44bar时CO2吸附量高达56.3mmol/g，具有重要的开发与应用前景。具体实施实例下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但不局限于下述实例。本专利技术实施例中的粘土为蛭石、高岭土、蒙脱土、伊利土中的一种或两种以上，优选蛭石为例，但不仅限于此。所述用于处理二维粘土纳米片表面的酸溶液为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氢氟酸中的一种或两种以上，优选盐酸为例，但不仅限于此。实施例1：一种基于天然粘土的CO2吸附剂及其制备方法，包括如下步骤：S1、水热反应进行离子插层将0.3克蛭石与体积为100毫升的饱和氯化钠溶液混合后置于水热反应器中，然后在110℃下加热24小时，冷却后将反应产物过滤并用去离子水洗涤数次，再用无水乙醇洗涤；然后将无水乙醇洗涤后的反应产物与浓度为2mol/L、体积为100毫升的氯化锂溶液混合后置于水热反应器中，在110℃下加热24小时，冷却后将混合物过滤并用去离子水洗涤数次，再用无水乙醇洗涤，得到钠离子及锂离子插层后的粘土。S2、超声辅助液相剥离上述钠离子及锂离子插层后的粘土与去离子水混合，所述去离子水与第一步中饱和氯化钠溶液的体积比为4:5；然后在冰浴中使用尖端超声仪以40％的振幅超声处理1小时使二维粘土纳米片剥落，得到二维粘土纳米片分散液与未剥离的粘土颗粒以及杂质的混合物。S3、离心筛分和冷冻干燥将第二步得到的混合物在500rpm的转速下离心1小时除去未剥离的粘土颗粒及杂质，得到二维粘土纳米片的稳定分散液；然后将分散液冷冻并冷冻干燥48小时，得到二维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于天然粘土的CO

【技术特征摘要】
1.一种基于天然粘土的CO2吸附剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，水热反应进行离子插层；
将粘土与饱和氯化钠溶液混合后置于水热反应器中，在105～120℃下加热6-24小时，冷却后将反应产物过滤并用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤；然后将无水乙醇洗涤后的反应产物与浓度为1-3mol/L、体积与饱和氯化钠溶液相同的氯化锂溶液混合后置于水热反应器中，在105～120℃下加热6-24小时，冷却后将混合物过滤并用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤，得到钠离子及锂离子插层后的粘土；
第二步，超声辅助液相剥离；
上述钠离子及锂离子插层后的粘土与去离子水混合；然后在冰浴中用超声处理使二维粘土纳米片剥落，得到二维粘土纳米片分散液与未剥离的粘土颗粒以及杂质的混合物；
第三步，离心筛分和冷冻干燥；
将第二步得到的混合物离心除去未剥离的粘土颗粒及杂质，得到二维粘土纳米片的稳定分散液；然后将分散液冷冻并冷冻干燥，得到二维粘土纳米片；
第四步，酸处理粘土纳米片表面
上述二维粘土纳米片与浓度为0.1-1mol/L的酸溶液按照4g/2L的质量体积比混合并剧烈搅拌6-12小时，搅拌结束静置，之后将上层清液取出，并将下层浊液冷冻并冷冻干燥，得到二维多孔结构的粘土纳米片作为CO2吸附剂。


2.根据权利要求1所述的基于天然粘土的CO2吸附剂制备方法，其特征在于，第一步，粘土与饱和氯化钠溶液以3g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋永臣，凌铮，石常瑞，张毅，柴丰圆，赵佳飞，杨磊，李洋辉，曾卓，陈仕凯，付一轩，邓豪，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21