[发明专利]一种用于甲烷/二氧化碳分离的吸附剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于甲烷/二氧化碳分离的吸附剂，所述吸附剂为微孔碳材料，比表面积200～400m²/g，由原料依次经聚合、固化和碳化过程制备得到，所述原料包括间苯二酚、甲醛和多元胺；本发明还提供了上述吸附剂的制备方法，包括以下步骤：将间苯二酚、甲醛和多元胺进行聚合，得到乳液；对所述乳液进行固化，干燥后得到固体；对所述固体进行碳化，得到吸附剂，所述吸附剂具有高的二氧化碳吸附容量和吸附选择性，常压下对二氧化碳的吸附容量可达37mL/g，二氧化碳/甲烷分离比可达7，同时还具有良好的吸附循环稳定性，能够有效处理工业上的甲烷/二氧化碳吸附分离。

技术领域

本发明涉及吸附剂的制备领域，具体是一种用于甲烷/二氧化碳分离的吸附剂及其制备方法。

背景技术

我国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义，随着社会经济的迅速发展，能源消耗也日益增大，在此背景下，生物气资源作为一项极具应用前景的新能源，其开发利用是解决能源紧张形势下能源供应问题的有效举措，其发展日益受到国家的重视。

生物气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体，以甲烷为主，含部分二氧化碳及少量氮气和其它微量气体组分。它们对碳循环起重要作用，大气中约80％～90％的甲烷为生物气，是温室效应的主要来源。

吸附分离法(PSA)是一种高效、低能耗、低成本的气体分离方法，已经广泛应用于化学、能源、环保等领域。理想的气体分离吸附剂应具有吸附量大、选择性高且循环稳定性良好等优点。

碳材料拥有大比表面积、丰富的孔道，被广泛地应用到气体或水净化处理。然而碳材料由于表面缺少能够与二氧化碳分子发生强相互作用的碱性位，一般活性炭对甲烷/二氧化碳的分离比较低。尽管研究者们能够将含氮基团引入碳表面，形成碱性位。例如，文献(EnergyFuels,2016,30,7298-7309)报道了一种以香蕉皮作为碳-氮源，碳化后采用CO2高温活化制备吸附剂。又如文献(Chem.Mater.,2015,27,1349-1358)报道了一种以聚苯并咪唑化合物为前驱体，采用KOH活化制备吸附剂。CN105289503A专利报道了一种以介孔碳为基底，负载聚乙亚胺得到一种二氧化碳捕集材料。这些材料大多数针对的是工业烟道气中的碳捕集，对于甲烷/二氧化碳的分离则鲜有讨论。此外这些材料生产步骤复杂，不利于放大生产。这在很大程度上限制了碳材料在甲烷/二氧化碳混合气分离中的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种用于甲烷/二氧化碳高效分离的吸附剂及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于甲烷/二氧化碳分离的吸附剂，所述吸附剂为微孔碳材料，比表面积200～400m²/g，由原料依次经聚合、固化和碳化过程制备得到，所述原料包括间苯二酚、甲醛和多元胺。

优选的，所述间苯二酚、甲醛和多元胺的摩尔比为27：45.9～59.4：0.33～8。

优选的，所述多元胺为己二胺、乙二胺或三乙醇胺。

一种所述用于甲烷/二氧化碳分离的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将间苯二酚、甲醛和多元胺进行聚合，得到乳液；

(2)对所述乳液进行固化，干燥后得到固体；

(3)对所述固体进行碳化，得到吸附剂。

优选的，所述步骤(1)中间苯二酚、甲醛和多元胺的摩尔比为27：45.9～59.4：0.33～8。

优选的，步骤(1)中所述多元胺为己二胺、乙二胺或三乙醇胺；所述聚合的溶剂为乙醇/水混合物，其中乙醇的体积分数为20％～60％。