[发明专利]一种吸碳材料及其合成方法

说明书

一种CO₂吸附剂制备方法及应用，以SiO₂为原料经浸渍及冷冻干燥法负载胺、CO₂吸附、添加铝源合成负载胺的ZSM‑5分子筛复合材料用于CO₂的吸附。本方法实现了胺在载体中三维孔道表面精确而均匀的修饰，且兼具铝基、硅基材料的优点。在制备方法上，本方法提供的制备过程中未使用任何有机溶剂，具有环境友好、安全易操作等优点。

技术领域

本发明属于吸附剂的制备技术领域，涉及一种用于吸附CO₂的高效吸附剂的制备方法

背景技术

大气中CO₂浓度不断攀升带来一系列环境问题，在“碳中和、碳达峰”的时代背景下，CO₂捕集与封存技术十分重要。

目前，醇胺溶液吸收法、金属化合物吸收法、低温储存、膜分离法等被应用于CO₂捕集与封存，但是，所用化学试剂及设备昂贵、再生困难等导致生产成本的增加限制了上述方法大规模的应用。

固态胺吸附技术以其强吸附能力、低再生能耗、优异循环稳定性等优势成为了理想的CO₂捕集与封存技术。

固态胺吸附技术以固体多孔材料为载体，将胺负载到固体材料表面增加碱性位数量从而提高CO₂吸附容量，所以，固体多孔材料的孔隙结构及表面性质将对CO₂吸附性能产生重要影响。

固态胺吸附材料主要集中于单一硅基与单一铝基负载有机胺。CN110551317A介绍了一种采用溶胶-凝胶法通过共缩聚反应制备得到负载有机胺的硅基气凝胶CO₂吸附剂，该吸附剂在常压、40℃下对CO₂的最大吸附量达到24mg/g。CN104148020B介绍了一种以氧化铝基介孔复合氧化物为载体负载四乙烯五胺的CO₂吸附剂，该吸附剂在常压、室温下对CO₂的最大吸附量达到89mg/g。张作泰教授合成多孔纳米Al₂O₃载体，在Al₂O₃载体上负载PEI制备固态胺材料，成功制备出CO₂吸附能力达136mg/g的吸附剂。该吸附剂在实际CO₂气氛下循环再生依然保持非常稳定的吸附能力，经10次循环后CO₂吸附量仍高达111mg/g，比传统的硅基固态胺材料显著提高了5.5倍。

上述已报道的方法中使用的载体均是三维的多孔结构，增大了吸附材料的比表面积，但不利于使用胺进行精确而均匀的修饰。因此，开发一种可精确、均匀负载胺的吸碳材料对固态胺吸收技术用于CO₂捕集及封存具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷提出了一种用于CO₂吸附的高效吸附剂的制备方法及应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种CO₂吸附剂制备方法，包括以下步骤：

第一步，浸渍及冷冻干燥法负载胺；

将SiO₂粉末超声分散于去离子水中，向分散液中加入胺后剧烈搅拌0.5～1.5小时，使SiO₂与胺充分混合，搅拌结束后冷冻干燥48小时，得到胺/SiO₂。

所述胺为四亚乙基五胺、三亚乙基四胺、二乙醇胺、聚乙烯亚胺、三丙胺、三异丙醇胺、甲酰胺、对苯二胺、邻苯二甲酰亚胺中的一种或两种以上。

所述SiO₂为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑。

所述负载胺的质量为稳定分散液中SiO₂质量的0.2％～50％。

第二步，CO₂吸附；