[发明专利]一种CO2吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本专利涉及一种可在很宽的温度区间(0□500℃)都具有CO₂捕集性能的吸附材料及其制备方法。 

背景技术

众所周知，全球性气候变化是当代亟待解决的环境问题之一，二氧化碳(CO₂)作为主要的温室气体会因为产生“温室效应”而导致气候变暖。化石燃料的燃烧释放是CO₂的最主要来源，尽管当下许多研究都致力于探究可再生的清洁能源，但化石燃料(如煤、石油、天然气)作为最主要能量来源的结构仍不会改变。因此，对于化石燃料的CO₂捕获及存储对于控制“温室效应”显得尤为重要。 

当下捕获CO₂的主要技术有燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧。目前对于CO₂捕集方法主要有溶液吸收、固体材料吸附和膜技术等。溶液的吸收受温度制约，而膜普遍成本较高，所以固体材料吸附表现出巨大的优势。 

固体吸附材料根据吸附温度的不同可分为低温吸附材料、中温吸附材料和高温吸附材料。低温吸附材料主要有分子筛(zeolites)、活性炭(active carbon)、金属有机框架材料(MOFs)等。这类多孔材料一般为物理吸附，吸附温度较低，随着温度的升高其吸附效果降低明显，所以适用的区间较窄并且吸附的选择性也较差。而一般烟道尾气温度相对较高(100℃以上)，其CO₂含量较低(小于15％)这些都为工艺增加了技术难题。中温吸附温度介于200□400℃，吸附材料一般为传统的MgAl类水滑石衍生吸附材料。高温吸附温度介于400□750℃，吸附材料一般为CaO、碱金属锆酸盐、碱金属硅酸盐等。 

类水滑石(LDHs)是一种层状双氢氧化物，属于阴离子型粘土，由带正电荷的水镁石状板层和带负电荷的补偿离子构成。化学组成通式为[M^z+_1-xM³⁺_x(OH)₂]^m+X^n-_m/n·yH₂O。z可为1或2，当z＝2时M^z+＝Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Ca²⁺等，此时M³⁺＝Al³⁺、Mn³⁺、Fe³⁺、Ga³⁺等。Z＝1时M⁺＝Li⁺而M³⁺＝Al³⁺，LiAl类水滑石是已知唯一的一价金属与三价金属构成的二元类水滑石。A^n-为n价阴离子，可为Cl、NO₃^-、CO₃^2-等。类水滑石具有板层结构，层板金属和层间阴离子均可调控，其衍生金属混合氧化物在CO₂捕获方面具有潜在应用。 

关于类水滑石作为前驱体的CO₂吸附材料目前已被进行过广泛的研究。包括不同二价阳离子的影响、不同三价阳离子的影响、不同中间插层阴离子的影响、Mg/Al比例的影响、煅烧温度和煅烧时间的影响、以及碱金属修饰。然而大部分研究都是基于MgAl类水滑石为中心，通过改性修饰等手段促进其CO₂吸附能力的增加。对于同样与CO₂具有较强亲和能力的碱金属Li，LiAl类水滑石用作CO₂吸附还尚未被人报道过。