一种用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂、其制备方法及应用。所述复合固态胺吸附剂的制备方法包括以下步骤：首先通过浸渍法将一定配比的混合胺

【技术实现步骤摘要】
一种用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于二氧化碳捕集
，具体涉及一种用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前，过量排放二氧化碳造成的温室效应越来越严重，且短期内无法摆脱对化石燃料的能源依赖，人类生产活动仍将产生大量二氧化碳。目前对于燃烧后捕集技术中应用最广泛的CO2去除方法是醇胺溶液的化学吸收法。然而，该工艺存在严重的腐蚀问题，且胺溶液的再生需要大量的能量。该方法还存在吸收效率低、胺降解率低的缺点。为了解决这些问题，复合固态胺吸附剂作为一种有前途的替代技术近年来受到了更多的关注。该吸附方法吸附速度快，再生能耗低，且长期稳定，对于二氧化碳的高效捕集和吸附剂的循环利用具有重大意义。
[0003]复合吸附剂是吸附分离法捕集二氧化碳的一个关键因素，常用的二氧化碳吸附剂的载体包括SBA
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15等分子筛、沸石、MOFs和氧化石墨烯等碳基材料等等。二氧化碳吸附及脱附的过程非常复杂，如何从氮气和二氧化碳混合气中高效捕集CO2并获得高纯度的CO2产品，目前仍是具有挑战性的研究课题。而且由于胺基材料为化工产品，其生产过程耗能，并且容易分解，稳定性较差，重复利用率不高。因此，固态复合二氧化碳吸附剂需要进一步的改进。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请提供一种用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂、其制备方法及应用，本申请的方法用于工业氮气和二氧化碳混合气CO2捕集，可达到较高的CO2吸脱附性能以及循环稳定性。
[0005]本专利技术提供了一种利用复合载体和混合胺制备纳米SiO2复合吸附剂的方法，对纳米SiO2复合吸附剂的制备过程的操作参数进行研究，这对制备的复合载体和吸附剂实现高性能至关重要。所以本专利技术对其控制因素进行系统考察，以便使复合载体和混合胺制备纳米SiO2复合吸附剂技术更好地应用于工业生产。
[0006]为了解决现有的碳捕集材料在吸附效率和循环稳定性上无法做到平衡的问题，本专利技术提供了一种用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将有机胺分散在甲醇中，室温下以300
‑
500r/min搅拌0.5
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1h得到胺溶液，备用，有机胺为聚乙烯亚胺（PEI）或乙烯胺或二者的混合物；（2）将脱水脱气预处理所得到的纳米SiO2分散到步骤（1）的胺溶液中，室温下以500
‑
600r/min搅拌20 h ~30h，离心分离后，沉淀物用甲醇洗涤，洗涤后的沉淀物在50
‑
80℃真空干燥，即得。
[0007]进一步地，所述步骤（1）中聚乙烯亚胺的相对分子质量为600
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1800，纯度为99%以
上，当有机胺为乙烯胺和聚乙烯亚胺混合物时，乙烯胺和聚乙烯亚胺的质量比（4~6）:（1~3）。
[0008]进一步地，所述步骤（2）中脱水脱气预处理时烘箱温度为100~110℃，时间为1~2h，纳米SiO2与有机胺和甲醇的质量比为1: （0.4~0.7）：（7~9）。
[0009]进一步地，所述步骤（1）中搅拌转速为300r/min，步骤（2）中搅拌转速为500r/min。
[0010]进一步地，所述乙烯胺为乙二胺、二乙烯三胺和四乙烯五胺中的一种。
[0011]本专利技术提供了上述方法制得的复合固态胺吸附剂。
[0012]本专利技术还提供了上述复合固态胺吸附剂在二氧化碳捕集中的应用。
[0013]在下述一种或一种以上的条件下进行：（1）将纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂装入流化床吸附装置；将纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂加热至60℃吸附二氧化碳；（2）将纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂装入流化床吸附装置；通入氮气并将纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂加热至90~110℃解吸二氧化碳；（3）在60℃吸附二氧化碳时，同时通入水蒸气。
[0014]本专利技术的有益效果：在本专利技术中，纳米二氧化硅具有高孔隙率和介孔孔径（约22nm），便于实现使更多的乙烯胺分子聚烯亚胺分子结合到其骨架当中。较大分子量的乙烯胺，如四乙烯五胺：含有较高比例的氮元素，聚乙烯亚胺可以很好的增加混合胺的稳定性。在氮元素的存在下提高对二氧化碳吸附的选择性同时很好的提高复合吸附剂的循环稳定性。同时，纳米二氧化硅骨架的本身具有很好的热稳定性，而且由于它的疏水性，对于水蒸气存在的条件下也有较好的水稳定性。
附图说明
[0015]图1为纳米SiO2复合固态胺吸附剂测试装置示意图；图2为实施例6胺均匀分布在介孔纳米SiO2表面的SEM扫描图；图3为实施例1~6吸附剂的吸附容量测试结果图；图4为实施例3~6吸附剂的循环性能测试结果图；图5为不同分子量PEI吸附剂吸附容量测试结果图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实力，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的其他所有实施例都属于本专利技术的保护范围。
[0017]表1：纳米二氧化硅基本参数
实施例1一种用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂的制备方法，其包括以下步骤：（1）取市售的纳米SiO2作为载体（取自于河南大学纳米材料工程研究中心济源中试基地，具体参数见表1），先将载体纳米SiO2在风机开启的烘箱中以110℃进行脱水脱气预处理2h，以去除水汽和其他气体。
[0018]（2）将0.7g乙二胺溶解在8g甲醇中，在300r/min的转速下常温搅拌45分钟，得到胺溶液。
[0019]（3）将1g预处理过的纳米二氧化硅缓慢的加入到保持搅拌的混合胺溶液中，在500r/min的转速下，常温搅拌24小时。
[0020]（4）将得到的固液混合物放入9000r/min的离心机内进行离心3分钟，再用甲醇洗涤三次，然后在60℃进行真空干燥10h，即得到复合固态胺吸附剂A。
[0021]实施例2一种用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂的制备方法，其包括以下步骤：（1）取市售的纳米SiO2作为载体（取自于河南大学纳米材料工程研究中心济源中试基地，具体参数见表1），先将载体纳米SiO2在风机开启的烘箱中以110℃进行脱水脱气预处理2h，以去除水汽和其他气体。
[0022]（2）将0.7g二乙烯三胺溶解在8g甲醇中，在300r/min的转速下常温搅拌45分钟，得
到胺溶液。
[0023]（3）将1g预处理过的纳米二氧化硅缓慢的加入到保持搅拌的混合胺溶液中，在500r/min的转速下，常温搅拌24小时。
[0024]（4）将得到的固液混合物放入9000r/min的离心机内进行离心3分钟，再用甲醇洗涤三次，然后在60℃进行真空干燥10h，即得到复合固态胺吸附剂B。
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将有机胺分散在甲醇中，室温下以300
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500r/min搅拌0.5
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1h得到胺溶液，备用，有机胺为聚乙烯亚胺或乙烯胺或二者的混合物；（2）将脱水脱气预处理所得到的纳米SiO2分散到步骤（1）的胺溶液中，室温下以500
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600r/min搅拌20 h ~30h，离心分离后，沉淀物用甲醇洗涤，洗涤后的沉淀物在50
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80℃真空干燥，即得。2.根据权利要求1所述用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中聚乙烯亚胺的相对分子质量为600
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1800，当有机胺为乙烯胺和聚乙烯亚胺混合物时，乙烯胺和聚乙烯亚胺的质量比（4~6）:（1~3）。3.根据权利要求1所述用于二氧化碳吸附捕集的纳米二氧化硅复合固态...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建军，魏精萱，张敏，杨西通，李秋叶，关中杰，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：