[发明专利]一种金属泡沫载体CO2吸附剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂吸附剂，尤其涉及一种金属泡沫载体CO₂吸附剂。

背景技术

在人机密闭空间内，由于人员呼吸、机械设备运行和材料氧化燃烧等原因都会产生CO₂，而浓度超标的CO₂会扰乱人体正常新陈代谢甚至会威胁人员生命安全，因此开发高效CO₂吸附有很重要的意义。

从现有文献和专利可知，在物理吸附中，多采用沸石、碳纳米棒等单一材料作为吸附剂。在此吸附中放出热量。根据平衡原理可知当及时降低或者转移吸附热时有利于更多的CO₂吸附在碳纳米棒上。但是现有专利和文献中并没有考虑热量对吸附的影响，同时没有解决在有限体积内能有大面积碳纳米棒吸附CO₂问题。

专利US2005040090-A1及专利US2005040090-B1分别介绍了金属泡沫内分布碳纳米棒，没有消除碳纳米棒和金属泡沫之间气阻对导热性能的影响，从而影响吸附量，而且没有充分利用金属泡沫结构特征及碳纳米吸附的特点，采用合理的碳纳米棒空间布置，从而影响吸附量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸附量大的金属泡沫载体CO₂吸附剂。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括由金属泡沫构成的中空连续骨架，所述的金属泡沫的孔隙内生长或填充有导热系数在0.06～0.12W/m·K的CO₂吸附剂。

所述的CO₂吸附剂为碳纳米棒、固态胺颗粒、金属有机骨架化合物中的一种或两种，且固态胺颗粒填充在金属泡沫的孔隙内，碳纳米棒和金属有机骨架化合物均生长在金属泡沫的孔隙内，碳纳米棒与金属泡沫的孔隙内壁夹角为30°～150°。

所述的CO₂吸附剂为碳纳米棒时，中空连续骨架在轴向上分为若干段，各段中空连续骨架中金属泡沫的孔隙内生长的碳纳米棒的长度相同，且从中空连续骨架的入口开始，若干段中空连续骨架以碳纳米棒长度依次增加的方式布置。

所述的金属泡沫的孔隙率为0.90％～0.97％，孔径在0.7μm～3mm，碳纳米棒的长度为0.2μm～200μm，直径为50～100nm。

所述的CO₂吸附剂为碳纳米棒、固态胺颗粒、金属有机骨架化合物中的两种时，中空连续骨架在轴向上分为前段中空连续骨架和后段中空连续骨架，金属泡沫的每个孔隙中生长或填充一种CO₂吸附剂，且前段中空连续骨架和后段中空连续骨架从中空连续骨架的入口开始依次布置，位于前段中空连续骨架内的金属泡沫的孔隙中生长或填充一种CO₂吸附剂，位于后段中空连续骨架内的金属泡沫的孔隙中填充另一种CO₂吸附剂。

所述的CO₂吸附剂为碳纳米棒和固态胺颗粒，且位于前段中空连续骨架内的金属泡沫的孔隙中生长碳纳米棒，位于后段中空连续骨架内的金属泡沫的孔隙中填充固态胺颗粒。

所述的前段中空连续骨架和后段中空连续骨架内金属泡沫的孔隙率为0.90％～0.97％，前段中空连续骨架内金属泡沫的孔径为0.7μm～2.0mm，碳纳米棒的长度为20nm～0.3μm；后段中空连续骨架内金属泡沫的孔径为3mm～5mm，固态胺颗粒的粒径为0.3～1.5mm，比表面积>100m²/mg。

所述的前段中空连续骨架D在轴向上分为若干骨架单元，各骨架单元内金属泡沫的孔隙中生长的碳纳米棒的长度和密度相同，且从中空连续骨架的入口开始，若干骨架单元以碳纳米棒的长度和密度依次增加的方式布置。

所述的金属有机骨架化合物为Cu-BTC、Ni-DOBDC或ZIF-8。

所述的金属泡沫的材料为铜、镍或铁。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明将导热系数低的CO₂吸附剂置于金属泡沫内的，由于金属泡沫是一种导热性能良好的热传递介质，因此，本发明的CO₂吸附剂吸附CO₂所产生的热量能够及时的散失，提高了CO₂的吸附量，从而克服了因CO₂吸附剂导热系数低造成的吸附量小甚至吸附剂失效的缺陷。同时，由于金属泡沫的比表面积比较大，能够在有限的体积内生长或填充更多的CO₂吸附剂，因此，本发明能够高效吸附CO₂。