[发明专利]二氧化碳捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了CO₂捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料，以多孔Mg基材料作为基质，负载作为催化活性组分的铁金属氧化物、作为催化促进剂的过渡金属氧化物、作为碱金属氧化物的结构助剂。该复合材料具有多孔结构和高比表面积，既有利于CO₂吸附，又可促进反应物和产物扩散；同时负载的碱金属盐既可提高CO₂吸附速率和吸附容量，又可避免Mg基颗粒在吸附循环过程中因烧结团聚而失活的难题。本发明在同一反应器中进行CO₂捕集与转化连串反应，充分利用中温烟道气的热量提供转化反应所需能量，实现了能量的高效利用；规避了传统的CO₂捕集、利用与埋存过程中所需CO₂压缩与运输过程，大幅度降低操作成本；从而实现了高效的CO₂捕集与原位烯烃的高附加值转化。

技术领域

本发明属于CO₂捕集及原位转换技术领域，具体涉及一种具备CO₂捕集与催化加氢制烯烃双功能Mg/Fe基复合材料、制备方法及其应用，如用于天然气为燃料的能源行业、制造行业、建材行业产生的烟气中CO₂捕获及转化为乙烯、丙烯、丁烯等轻质烯烃。

背景技术

近年来，全球气候变暖对未来人类的生存构成潜在威胁。众所周知，其主要原因是由于温室气体中的CO₂过度排放导致，而这一人为排放的CO₂主要源自化石能源的消耗。因此，CO₂控制排放已成为我国能源等相关行业亟待解决的问题。

现阶段国际普遍认为最具前景的是CO₂捕集与封存技术(CCS)，CO₂捕集依据烟气温度可分为低温、中温和高温捕集，其中低温(200℃)主要为乙醇胺(MEA)吸收法和固体吸附法如氨基修饰的多孔吸附剂，中温(200℃-400℃)主要采用碱土金属氧化物吸附法，高温(400℃)主要通过CaO化学固碳法。目前研究重点集中在低温捕集技术的研发，但实际烟道气排放温度通常在150-300℃，需要消耗大量能源降低烟气温度。中温CO₂捕集可解决上述问题。

目前开发的吸附剂主要为水滑石类金属氧化物(LDH)和MgO基吸附剂。Wang等人(EnergyEnviron.Sci.，2012，5，7526-7530)首次提出了合成有机层双氢氧化物(LDHs)高效中温CO₂吸附剂的方法。其研究结果表明，长碳链有机阴离子的嵌入显着增加了CO₂捕集能力(1.25mmolg^-1)，比传统吸附剂(0.5mmolg^-1)高2.5倍，但是在高温再生过程中，吸附剂的稳定性存在不确定性。专利CN201010120274.6公开了一种燃烧烟气中二氧化碳的氧化镁固定方法。采用氧化镁作为吸收剂，与水配制成5～35％质量浓度的浆液，吸收20％体积浓度以下的二氧化碳。但其操作温度为45～55℃，而非CO₂中温捕集(200℃-400℃)。更值得关注的是CO₂捕集后，必须经过压缩与运输过程，在异地进行CO₂利用或埋存，高成本成为限制CO₂控制排放的瓶颈。

将捕获的CO₂作为一种碳源，原位转化为高附加值化学品或燃料等有望突破该瓶颈。目前CO₂制轻质烯烃(C₂-C₄烯烃)的研究受到极大关注，其广泛的衍生物形成了从包装材料和合成纺织品到防冻剂，溶剂和涂料等各种终端市场。Satthawong等人(TopCatal57，588–594(2014))经研究发现铁基催化剂在CO₂制烯烃反应过程中具有较好的活性和烯烃选择性。但是其CO₂转化率和烯烃的选择性仍需进一步提高。并且从烟气中捕集CO₂原位转化为烯烃的研究还未见报道。