[发明专利]碳酸铯改性层状双氢氧化物/介孔氧化铝复合材料作为CO2

说明书

本发明提供了碳酸铯改性层状双氢氧化物/介孔氧化铝复合材料作为CO₂吸附剂的制备方法和应用。首先用原位法将层状双氢氧化物(LDH)沉积在介孔氧化铝(OMA)上组成的LDH‑OMA复合材料，然后通过浸渍法将Cs₂CO₃负载于上述复合材料上，得到碳酸铯改性层状双氢氧化物/介孔氧化铝(Cs₂CO₃/LDH‑OMA)复合材料作为低温CO₂吸附剂。本发明在宽的温度(25℃～200℃)范围内，对CO₂(浓度为5vol.％～25vol.％)和N₂(浓度为75vol.％～95vol.％)的混合气体具有较高的吸附能力，本发明吸附剂具有较高的比表面积和较好的热稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于吸附二氧化碳的Cs₂CO₃改性层状双氢氧化物/介孔氧化铝复合吸附剂的制备方法及其在高温条件下吸附CO₂的应用。

背景技术

近些年来，环境和能源的问题引起了全世界的关注。虽然很多国家都在开发和使用更多非化石燃料的能源，但是现在主要的能源还是来自于化石燃料的供应。因此，为了减少化石燃料对环境的影响，人们需要合理的规划和使用化石燃料。化石燃料燃烧产生的二氧化碳作为最主要的温室气体之一，也是引起全球变暖的最主要原因之一。所以如何控制二氧化碳的排放，降低大气中的二氧化碳浓度，减缓全球变暖，营造一个绿色环保的家园是我们的任务和目标。在不同的排放源中，火力发电厂是世界上最主要的二氧化碳排放源之一，每年发电厂都会排放约20亿吨的二氧化碳。在过去几十年里，全球二氧化碳的排放量迅速增加，尤其是我国为代表的发展中国家近些年二氧化碳的排放量飞速增长。根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告，到2100年大气中的二氧化碳可能会达到570ppm，进而会导致全球平均温度上升约1.9℃，平均海平面上升3.8m。吸附法由于其能耗低、操作简单，具有广阔的应用前景，该方法的关键是选择合适的CO₂吸附材料。而近年来随着新型固体吸附剂的研究，较低的再生能耗、低的环境成本且无设备腐蚀问题的固体吸附技术展现出了良好的应用前景。

有序介孔材料MCM-41、SBA-15和介孔氧化铝(OMA)由于其出色的高比表面积，可调节的孔径和有序的孔结构而引起了关注。水滑石，又称为层状双氢氧化物(LDH)。其通式为：LDH具有良好的吸附性能，并且具有良好的动力学和再生性能。在本专利中，使用高比表面积介孔材料OMA作为载体，将介孔材料OMA和层状吸附材料LDH结合起来制备一种新的复合材料LDH-OMA，高比表面积的OMA作为载体在孔道间和表面上沉积碱性位点丰富的LDH；同时，富含更丰富碱性位点的Cs₂CO₃通过浸渍法负载于LDH-OMA复合材料上。最终得到的Cs₂CO₃/LDH-OMA复合吸附剂有着较高的比表面积和丰富的碱性位点，该复合材料在适度的再生温度下具有很高的CO₂吸附能力。本项目的实施得到：国家自然科学基金项目(编号：21277008；20777005)；北京自然科学基金(编号：8082008)；国家重点研发计划(No.2017YFC0209905)的资助，也是这些项目的研究内容。

发明内容