[发明专利]二氧化碳高效捕集材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳高效捕集材料的配方及相应制备工艺，属于常温吸附与空气净化技术领域。

背景技术

随着化石资源的消耗加剧，全球温室气体CO₂排放日益加剧，全球范围内针对CO₂捕集及存储（CCS）技术的开发受到科学界及政府的关注。诸多技术如吸收、吸附、膜分离、化学链燃烧、水合分离、造林、海洋施肥、矿物封存等皆取得较大进展。其中吸收技术主要以胺类物质、离子液体的开发为代表，而吸附技术主要集中在微孔/介孔无机分子筛、多孔金属有机骨架材料（MOFs）、金属氧化物、炭基材料及配套变温、变压等吸脱附工艺的开发。目前，工业生产中CO₂捕捉技术主要采用吸收法，将含CO₂的废气通过胺液吸收，然后加热胺液将CO₂释放。常用的胺吸收液为单乙醇胺，该吸收液具有一定腐蚀性且易蒸发。吸附技术则相对克服了液态胺吸收过程中溶液蒸发、腐蚀设备的缺点，具有传质速度快、设备操作简单、能耗低、自动化程度高等优点，已在合成氨、甲醇及制氢工业中有着较为广泛的应用。工业上常用的CO₂吸附材料主要为沸石微孔分子筛、活性炭、层状黏土、金属氧化物等无机材料，但由于碱性相对较弱，吸附速度及容量较为低下，大大限制了其工业应用。

CO₂捕集及存储（CCS）技术在工业上有着较为广泛的应用，而在民用空气净化领域涉及较少。随着人们对空气质量尤其是室内空气质量的日益关注，人群集中的半密闭空间CO₂超标治理成为空气净化领域有待解决的问题。众所周知，CO₂空气中含量约为0.039%，当CO₂超过一定量时会影响人的呼吸，原因是血液中的碳酸浓度增大，酸性增强，并产生酸中毒。空气中二氧化碳体积分数为1%时，致人气闷，头昏，心悸；4%～5%时致人眩晕。6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡。我国于2002颁布的 《室内空气质量标准》（GB/T 1883-2002）中规定居室内空气CO₂卫生标准（最高容许浓度）为0.1%（即1000 ppm）。而在常见人员密集区域，如办公室、教室、车厢、棋牌室等，CO₂浓度可超标2~5倍以上。研究表明CO₂浓度过高会刺激人的呼吸中枢，导致呼吸急促，引起头疼、神志不清等症状，疲劳感增强，学习、工作效率下降。因此，获得较高品质的室内环境，CO₂浓度监控及有效净化至关重要。

相较于工业CO₂捕集及存储，民用空气净化领域CO₂捕集有着自身的特点：1）CO₂浓度低分压小，受净化组件尺寸的限制，吸附剂装填量少，对材料低浓度下吸附CO₂能力要求更高；2）净化组件需短时间高效净化空气，故而吸附材料需具有快速处理CO₂的能力，且不能二次脱附释放；3）净化组件有一定的使用周期，吸附材料需有着充足的CO₂吸附容量，保证净化组件（如空气净化器、中央空调新风系统、车用空调）的长时间运行；4）净化组件所用CO₂捕集材料吸附处理CO₂的同时，最好具有一定处理其它空气污染物的能力。