[发明专利]一种碱金属功能化介孔氧化铝基低温CO2吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于介孔氧化铝复合材料的制备和吸附应用领域，具体地说是一种用于CO₂吸附的碱金属功能化的介孔氧化铝基复合吸附剂的制备方法。

背景技术

近年来，“温室效应”引起的气候变暖已成为一个全球性环境问题，而化石燃料燃烧产生的CO₂是导致全球变暖的主因。CO₂的捕获和储存被视为温室气体减排的最有效手段之一，目前CO₂的捕获分离方法主要有溶剂吸收法、膜分离法和多孔固体吸附法等。溶剂吸收法可以很好地实现CO₂的分离，但能耗大、费用高、对设备腐蚀严重；膜分离法中的膜材质主要是高分子聚合物，此类材料不仅再生性能较差，而且高温下易于分解，限制了其应用；多孔固体吸附法较容易实现吸附-脱附循环过程，采用的吸附剂包括碳（基）材料、沸石、金属有机框架化合物、金属氧化物和水滑石类化合物等，通过引入碱性组分对其进行修饰或改性，提高其表面碱性位数量和碱强度是提高弱酸性气体CO₂吸附容量的有效方法。

CN102698704A公开了一种用于CO₂和Cr(VI)吸附的Na-、K-功能化介孔氧化铝基复合吸附剂的一锅液相制备方法：首先将硝酸铝、氯化铝或其混合物溶液与P123、F127和F108等Pluronic三嵌段共聚物溶液充分混合，然后在缓慢搅拌下逐滴加入碳酸钠、碳酸钾或其混合物溶液，经溶剂蒸发诱导自组装、蒸馏水和无水乙醇洗涤、干燥和煅烧制得Na-、K-功能化的介孔氧化铝基复合材料；或者由水热法制备，即用碳酸盐溶液沉淀铝盐的Pluronic三嵌段共聚物溶液后，将沉淀体系进行水热处理，水热产物依次经蒸馏水和无水乙醇洗涤、干燥和煅烧后，制得Na-、K-功能化的介孔氧化铝基复合材料。其中，F127辅助溶剂蒸发诱导自组装制备的Na-功能化介孔γ-Al₂O₃基复合材料在室温下对CO₂的吸附量可达1.4mmol/g。CN102284273A公开了一种复合型介孔硅/有机质CO₂吸附剂的制备方法和应用，该方法首先制备出介孔分子筛MCF和SBA-15，然后采用浸渍法在介孔材料表面负载聚乙烯亚胺、四乙烯五胺和聚乙二醇等有机改性物质，以提高吸附剂对CO₂的吸附选择性和多次吸脱附的稳定性。CN202803106U公开了一种钙基吸附剂及其循环使用捕集CO₂的装置，整个系统封闭循环，钙吸收剂和水实现循环利用，设备结构紧凑，投资运行强度小。但在吸附剂再生阶段需要隔绝空气并且在1000～1400℃的高温下煅烧碳酸钙，再生条件苛刻且能耗太高。

Jaroniec等人（Morris S.M.,Fulvio P.F.,Jaroniec M.Ordered mesoporous alumina-supported metal oxides.J.Am.Chem.Soc.2008,130,15210-15216）以Pluronic三嵌段共聚物P123为结构导向剂，采用溶胶—凝胶法制备出了氧化铝负载型NiO、MgO、CaO、TiO₂和Cr₂O₃等有序介孔复合金属氧化物。但其制备过程中使用有毒且价格昂贵的有机醇铝作为铝源，挥发性硝酸作为酸性调节剂，这与当前绿色化学倡导采用无毒、无害原料的理念不符。Yuan等人（Q.Yuan,H.H.Duan,L.L.Li,Z.X.Li,W.T.Duan,L.S.Zhang,W.G.Song,C.H.Yan.Homogeneous dispersed ceria nanocatalyst stabilized with ordered mesoporous alumina.Adv.Mater.2010,22,1475-1478）进一步以廉价且无毒的硝酸铝为无机铝源、柠檬酸为酸性调节剂、硝酸铈为铈源，采用溶剂蒸发诱导自组装法制备出高分散铈掺杂的有序介孔氧化铝基复合纳米催化材料。

综上，开发制备方法简便、条件温和、原料廉价且无毒的功能化介孔氧化铝基复合CO₂吸附材料，具有重要的科学价值和良好的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以在相对较温和的条件下，制得热稳定性优异的碱性介孔氧化铝基复合吸附剂的制备方法，所制备的产物在低温下对主要温室气体CO₂具有良好的吸附性能，再生后还能循环使用。