[发明专利]一种有机-无机复合二氧化碳吸附材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种吸附材料及制备方法。具体地说涉及一种有机-无机复合二氧化碳吸附材料及制备方法。

背景技术

近年来，人类社会经济的飞速发展及化石燃料利用的不断增长，导致CO₂排放量的不断增大。据政府间气候变化专业委员会(IPCC)报告，在过去250年间，大气中的CO₂浓度提高了100ppm(36％)，从工业革命前的275-285ppm到2005年的379ppm，尤以近50年来最为迅速。而CO₂作为一种主要的温室气体，其过度排放已经引起诸如“温室效应”之类的各种全球性环境问题，受到世界各国的关注。CO₂减排也已经成为一个刻不容缓的议题。提高现有能源利用效率以及开发低碳新能源都是CO₂减排的有效途径，而近期CO₂捕获与分离技术越来越受到人们的关注并成为一种新的减排途径。

由于化石燃料的燃烧是CO₂的主要排放源，排放量约占CO₂人为排放量的四分之三，而其中发电的碳则是占到总排放量的三分之一。因此控制和回收电厂烟道气中的CO₂对解决CO₂过度排放问题具有重大意义。CO₂的捕获分离方法有很多，例如物理吸收、吸附分离、膜分离法、低温分离、化学吸收等方法。

其中，吸附分离方法是较有发展前景的方法。目前发展的吸附材料主要包括：碳基吸附材料，沸石分子筛类吸附材料，水滑石类吸附材料，无机金属氧化物类吸附材料，以及有机-无机复合吸附材料。因电厂烟道气的出口温度较高，所以吸附剂的操作温度要在相对较高的温度(从室温至150℃)下进行。其中，碳基以及沸石分子筛类在低温(25℃左右)下吸附量较高，而在温度升高后的吸附量急剧下降；水滑石以及无机金属氧化物可以在高温下进行操作，但是其吸附量不大且再生温度较高，能耗较大，所以这几类材料在实际工业中的应用受到限制。近期，嫁接有机胺类的有机无机复合吸附材料则由于其较大的吸附容量，优良的吸附选择性，可在较高温度下操作(70℃-150℃)以及再生能耗低成为研究的热点。

Xu(Energy&Fuel s，2002，16：1463-1469)等人开发了一种“分子篮”吸附剂，即将聚乙烯亚胺负载在介孔MCM-41分子筛上。在75℃时，材料的吸附量达到133mg/g。Ma(Journal of the American Chemical Society，2009，131：5777-5783)将PEI负载在介孔SBA-15上开发出一种新型的分子篮吸附剂，吸附量达到了140mg/g，通过实验室规模的模拟实验发现材料的吸附选择性和稳定性较高，但是其吸附量相对于CO₂吸附成本的要求仍然较低，有待于进一步提高。Yue(Advanced Functional Materials，2006，16：1717-1722)将四乙烯五胺通过浸渍法负载在未除模板剂的SBA-15分子筛原粉上，开发出一种新型CO₂吸附材料，在75℃时其最佳吸附量达到173mg/g，但是该吸附剂经多次循环之后的稳定性欠佳。另外，上述材料的制备过程中均需要模板剂的参与，所用模板剂不仅价格较高而且难已回收，若烧除模板剂还会造成能耗增加以及环境污染，因此导致材料的成本较高；还有制备方法多采用浸渍法，操作较为复杂，而且活性组分的分布不容易不均匀。这些缺点都限制了上述材料的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸附量大，稳定性好，成本低，操作简单的二氧化碳吸附材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的有机无机CO₂吸附材料是基于有机胺化合物四乙烯五胺对CO₂的吸附作用实现的。有机胺中的氨基能与酸性的CO₂反应生成低温下较稳定的化合物，而在升高温度之后，化合物又可以分解成为有机胺和CO₂，从而实现CO₂从烟道气混合气体中的分离，以及材料的循环利用。