[发明专利]一种捕集二氧化碳的复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于气体分离技术领域，公开了一种捕集二氧化碳的复合材料，包括聚胺基离子液体和多孔载体，其中聚胺基离子液体与多孔载体的质量比为0.1～8:1；该复合材料的制备方法为在搅拌作用下，将有机胺的水溶液与多孔载体充分混合；再逐滴加入无机酸的水溶液，室温下混合反应，经干燥、研磨得到所述捕集二氧化碳的复合材料。该复合材料对二氧化碳的吸附量大、吸附速率块，对杂质气体的耐受性强，可用于吸附纯二氧化碳，也可用于吸附烟道气、空气、沼气、废气等混合气体中的二氧化碳，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及气体分离技术领域，具体涉及一种捕集二氧化碳的复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着全球工业化的迅速发展，化石燃料利用的不断增加，导致二氧化碳排放日益增多。斯克利普斯海洋研究所测量的大气二氧化碳浓度从1958年的315ppm上升到2014年的398ppm。其过度排放已经引起全球变暖，严重影响了地球的生态环境和气候变化，同时，二氧化碳也是一种重要的碳资源，可以被用于合成重要的化工原料和中间体。因此，二氧化碳减排已经成为一个刻不容缓的议题，研究二氧化碳的捕集具有十分重要的意义。

目前，二氧化碳捕集方法主要有溶剂吸收法、固体吸附法、膜分离法、深冷分馏法等。溶剂吸收法是最为广泛应用的二氧化碳分离方法，其中醇胺水溶液以其成本低廉、高热稳定性、吸附容量大等优点得到广泛工业应用。但是，此类吸收剂存在腐蚀性强、易挥发、再生能耗大以及吸收速率慢等缺陷(Carbon Capture and Storage:How Green Can BlackBe？,Science,325,1647-1652,2009.)。

离子液体以其热稳定性好、腐蚀性低、蒸汽压低、二氧化碳溶解性强和可设计等优点，近年来被广泛用于二氧化碳的捕集。Blanchard等人首次提出将咪唑基离子液体用于二氧化碳吸收，发现其具有很大的二氧化碳吸收容量(Green processing using ionicliquids and CO₂,Nature,399,28-29,1999.)。为了进一步提高离子液体对二氧化碳的吸收量，Gurkan等人研发了一系列氨基酸型离子液体，并且常压下每摩尔离子液体可吸收约1mol的二氧化碳(Equimolar CO₂ Absorption by Anion-Functionalized IonicLiquids,J.Am.Chem.Soc.,132,2116-2117,2009.)。

但是，高成本和冗长的合成过程是制约传统离子液体实际工业应用的主要因素。为了降低成本，提高二氧化碳吸收容量，Hu等人通过酸碱中和的方法，将廉价的有机胺和无机酸等摩尔反应生成聚胺基质子型离子液体，并且常温常压下在质量分数为40％三乙烯四胺硝酸盐离子液体水溶液中，每摩尔的离子液体可吸收约1.49摩尔的二氧化碳(Absorption Performance and Mechanism of CO₂ in Aqueous Solutions of Amine-Based Ionic Liquids,Energy&Fuels,29,6019-6024,2015.)。但是，聚胺基质子型离子液体吸附速率慢，粘度较大，目前还不适宜大规模工业应用。