專利名稱：一種籠形二氧化碳吸附材料及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于二氧化碳捕集與儲存領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化碳吸附介質(zhì)，特別涉及一種價格便宜、高選擇性、大吸附量的二氧化碳籠形吸附介質(zhì)的制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，“溫室效應(yīng)”引起的氣候變化己經(jīng)成為全球關(guān)注的環(huán)境問題之一。人類活動產(chǎn)生的大量溫室氣體排放是造成氣候變暖的主要原因，其中二氧化碳是主要的溫室氣體之一。工業(yè)革命以來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，全世界總排放量也迅速增加，導(dǎo)致氣候變暖效應(yīng)越來越顯著，減少溫室氣體的排放對于控制全球溫度增長，防止極端氣候發(fā)生具有重要意義。從京都議定書的簽訂到德班會議的召開，發(fā)達(dá)國家對溫室氣體排放量的削減做出了明確規(guī)定，包括我國在內(nèi)的發(fā)展中國家也相應(yīng)的制定了削減溫室氣體排放的自我約束目標(biāo)。隨著我國經(jīng)濟增長速度不斷加快，以及工業(yè)化水平的顯著提高，帶來了巨大的能源消耗，隨著而來引發(fā)了一系列環(huán)境問題。面對巨大的減排壓力，2011年12月，國務(wù)院出臺了《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》，明確指出“控制溫室氣體排放是我國積極應(yīng)對全球氣候變化的重要任務(wù)，對于加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、促進(jìn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、推進(jìn)新的產(chǎn)業(yè)革命具有重要意義，并明確了到2015年實現(xiàn)全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2010年下降17%的目標(biāo)”。因此，以二氧化碳為代表的溫室氣體的排放控制與處置利用技術(shù)，是我國今后“十二五期間”一個重要的發(fā)展方向。二氧化碳等溫室氣體的排放主要來源于傳統(tǒng)能源的燃燒過程，而煙道氣是工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要排放形式，對工業(yè)過程中煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集和分離是實現(xiàn)減排目標(biāo)的一個重要途徑。因此，對煙道氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集和分離，已經(jīng)成為各國環(huán)境治理的一個重要研究課題。目前，煙道氣中的二氧化碳脫除技術(shù)主要有溶劑吸收法和吸附法等。其中液態(tài)胺溶液吸收，是工業(yè)生產(chǎn)中脫除二氧化碳的常見方法，常用的有一乙醇胺、二乙醇胺等醇胺溶液等液胺吸收劑。經(jīng)過不斷發(fā)展，液態(tài)胺吸收技術(shù)比較成熟，吸收效果較好，但是卻存在設(shè)備容易腐蝕、吸收劑再生能耗大和容易被氧化降解等難以解決的問題。相比較而言，吸附法是一種極具前景的新型分離技術(shù)。IPCC在《關(guān)于二氧化碳捕獲和封存的特表報告》中指出“采用吸附技術(shù)的全工業(yè)化工藝設(shè)計是可行的”。目前，采用新型的多孔固體吸附劑對二氧化碳進(jìn)行分離和捕集己經(jīng)成為國內(nèi)外一個熱門的研究方向。美國賓州州立大學(xué)能源所Song Chunshan教授課題組,在2001年制備出一種新型復(fù)合吸附材料，并形象的提出了“分子籃”概念。該復(fù)合材料是將有機胺材料負(fù)載在分子篩多孔介質(zhì)的孔道內(nèi)部。其I克吸附材料最大可吸附133毫克二氧化碳。此后，該材料經(jīng)過了一系列發(fā)展，采用了多種多孔介質(zhì)作為其復(fù)合材料的載體。其中分子篩因為具有較大的孔徑和比表面積，引起了研究者廣泛的關(guān)注，如SBA-15，SBA-16，KIT-6，MCM-41等。雖然該固體復(fù)合吸附材料具有良好的吸附性能，但是目前大部分此類材料所用的基體材料分子篩，其制備過程復(fù)雜，且材料成本較高，以及制備過程帶來的環(huán)境污染等問題。這些問題都制約著胺基功能化固體吸附材料的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。因此，有必要開發(fā)一種低成本、高選擇性、二氧化碳吸附能力良好的固體吸附材料。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種新型籠形二氧化碳吸附材料的制備方法，該方法是使用低成本的蒙脫石作為籠形吸附材料的基體材料，經(jīng)過酸化改性形成多孔孔道，在其孔道內(nèi)部負(fù)載有機胺聚合物；該法成本低，制備工藝簡單。本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制備得到的籠形二氧化碳吸附材料。本發(fā)明的再一目的在于提供上述籠形二氧化碳吸附材料的應(yīng)用。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種籠形二氧化碳吸附材料的制備方法，包括以下操作步驟:(I)蒙脫石酸化改性:將10 20g蒙脫石加入IOOmL硫酸溶液中，置于帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到90 110°C，然后攪拌4個小時；將所得混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾；重復(fù)洗滌和過濾，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)籠形二氧化碳吸附材料的制備:將0.3 4.5g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g步驟(I)所得酸化改性的蒙脫石，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇；最后將所得樣品在60°C下干燥6小時，冷卻后得到的樣品即為籠形二氧化碳吸附材料。步驟(I)所述硫酸溶液的濃度為2 lOmol/L ;所述重復(fù)洗滌和過濾的次數(shù)為3次。步驟(I)所得酸化改性的蒙脫石的比表面積為250 350m2/g，孔容為0.5
0.85cm3/g，孔徑分布在3 10nm。步驟(2)所述干燥是置于通風(fēng)干燥箱中，在60 100°C下干燥2 10小時。一種根據(jù)上述制備方法制備得到的籠形二氧化碳吸附材料。上述的籠形二氧化碳吸附材料在煙道氣中二氧化碳捕集中的應(yīng)用。本發(fā)明的工作原理:本發(fā)明首先將蒙脫石酸進(jìn)行改性，其目的是利用酸與蒙脫石中的某些氧化物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，將其浸出，從而改變蒙脫石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。然后在籠形吸附材料的制備過程中，通過浸潰法，將有機胺分散在蒙脫石載體的孔道中，提高有機胺與二氧化碳的接觸效率，從而提高吸附量和吸附效率；采用酸化改性的蒙脫石作為載體，是因為其具有較大比表面積，較大的孔容，能有效的通過表面羥基將有機胺固定在其表面上；此外，該材料價格便宜，容易實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。本發(fā)明相對于現(xiàn)有的技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果:(I)對二氧化碳具有較高的吸附量，其吸附量可以達(dá)到100 130mg_C02/g-sorbent ；(2)該籠形吸附材料最佳吸附溫度在70 85°C，符合工業(yè)鍋爐尾氣在脫硫、脫氮后的溫度范圍；(3)該材料對設(shè)備無腐蝕性，吸收劑再生溫度在100°C，再生能耗??；(4)材料性能穩(wěn)定，可循環(huán)使用，價格便宜，可大量商業(yè)化生產(chǎn)，降低工業(yè)過程二氧化碳脫除的成本。


圖1為實施例8所得酸化改性的蒙脫石及籠形二氧化碳吸附材料的掃描電鏡(SEM)圖；其中(a)為酸化前蒙脫石，(b)為酸化后蒙脫石，(C)為實施例10樣品。圖2為實施例9、11和12所得酸化改性的蒙脫石及籠形二氧化碳吸附材料的傅里葉紅外光譜(FT-1R)。圖3為實施例9所得籠形二氧化碳吸附材料的二氧化碳吸附曲線圖。圖4為實施例8 12所得籠形二氧化碳吸附材料的二氧化碳吸附量對比圖。圖5為實施例11所得籠形二氧化碳吸附材料的吸附、脫附循環(huán)過程中吸附性能測試分析圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。實施例1(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到90°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾；重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g酸化改性的蒙脫石，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例2(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石15g加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到90°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾。重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g酸化改性的蒙脫石，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例3(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石20g加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到90°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾；重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除。然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g酸化改性的蒙脫石，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例4(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(5mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到110°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾。重復(fù)洗漆、過濾3次后,將殘留的酸液去除。然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到90°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g酸化改性的蒙脫石，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例5(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(10mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到90°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾。重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g酸化改性的蒙脫石，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例6(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到100°c，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾。重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g改性后的蒙脫石材料，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液。最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例7(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到110°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾。重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g酸化改性的蒙脫石，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液。最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例8(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到110°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾。重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將0.3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g改性后的蒙脫石材料，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例9(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到110°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾。重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將1.3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g改性后的蒙脫石材料，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例10(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到110°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾。重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將2g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g改性后的蒙脫石材料，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。實施例11(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到110°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾；重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將3g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g改性后的蒙脫石材料，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。
實施例12(I)蒙脫石酸化改性:將蒙脫石IOg加入IOOmL的硫酸溶液(2mol/L)中，在帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到110°C，然后攪拌4個小時；隨后將得到的混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾；重復(fù)洗滌、過濾3次后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石；(2)聚乙烯酰胺/蒙脫石籠形材料制備:將4.5g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g改性后的蒙脫石材料，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇溶液；最后將所得樣品置于通風(fēng)干燥箱中，在60°C下干燥6小時，冷卻后得到籠形二氧化碳吸附材料。本發(fā)明制備的籠形二氧化碳吸附材料性能介紹如下:圖1表面，蒙脫石經(jīng)硫酸改性前后及籠形吸附材料(實施例10)的SEM圖片，與酸改性前的蒙脫石掃描(SEM)圖片相比，可以清晰的看出，蒙脫石經(jīng)硫酸改性后其晶體結(jié)構(gòu)變得更小、更薄，但其層狀結(jié)構(gòu)依然存在，表面孔道也更為明顯，這是由于酸加入后使部分鋁浸出，增加了孔容和比表面積。當(dāng)聚乙烯酰胺附載量較小時，樣品呈疏松粉末狀。當(dāng)聚乙烯酰胺含量過高時，樣品帶有粘性，不再是疏松狀。因為聚乙烯乙胺本身具有粘性，可知當(dāng)聚乙烯酰胺負(fù)載量較小時，其全部進(jìn)入了蒙脫石基體材料內(nèi)部孔道，因此外觀呈現(xiàn)出粉末狀。當(dāng)其負(fù)載量逐漸變大，孔道隨著逐漸被填滿，其孔道空間已不足以承載所有的聚乙烯酰胺，所以部分聚乙烯乙胺覆蓋在基體材料的外表面。本發(fā)明考察了反應(yīng)時間、酸的濃度及用量等對蒙脫石結(jié)構(gòu)特征的影響。從而確定蒙脫石酸改性的最佳工藝條件。其孔容可以從0.1cm3/g 增加到 0.85cm3/g。圖2所示的是不同聚乙烯乙胺負(fù)載量(實施例9，實施例11，實施例12和改性后的蒙脫石)樣品的紅外光譜圖，通過對比可知，在2930與2826CHT1的吸收峰是由-CH2-官能團(tuán)的振動造成的。隨著聚乙烯乙胺附載量的增加，其吸收峰的強度逐漸增強，說明有機胺已經(jīng)進(jìn)入到基體材料孔道內(nèi)部；從圖中還可以觀察到，在1635 1555cm_l的吸收峰也隨著負(fù)載量增加逐漸增強，這是由于有機胺內(nèi)的-NH2振動造成的。因為-CH2-與-NH2均是有機胺的特征官能團(tuán)，同時通過不同樣品之間的對比未發(fā)現(xiàn)有新峰出現(xiàn)，這說明在樣品制備過程中屬于物理負(fù)載方式，該方式將胺基有機物溶解在有機溶劑中，通過浸潰法將有機物直接覆蓋在介孔分子篩的內(nèi)表面，該方法制備過程簡單，耗能小，且脫附及再生相對容易，可大幅度減少工業(yè)應(yīng)用的能耗及相應(yīng)成本。圖3是選用實施例9樣品試劑進(jìn)行二氧化碳吸附測試說明。測試過程:先在氮氣(N2)氣流中加熱至100° C進(jìn)行脫附lh，然后樣品在75°C的條件下，對CO2氣體進(jìn)行吸附2h。其二氧化碳吸附曲線如圖3所示。在N2氣流中，隨著溫度升高樣品進(jìn)行脫附，100°C中保持Ih后質(zhì)量基本穩(wěn)定，說明脫附基本完全，以最低點m0作為吸附劑的質(zhì)量。溫度下降到75°C后氣體切換為C02，吸附劑進(jìn)行C02吸附，質(zhì)量迅速上升，然后又趨于穩(wěn)定，說明基本吸附飽和，以最高點作為吸附飽和時的質(zhì)量，從而可得其樣品吸附量。通過分析，實施例9樣品的二氧化碳吸附量為77mg-C02/g-sorb。圖4顯示的是實施例8 12不同PEI負(fù)載量(PEI=10%、30%、40%、50%和60%)樣品的二氧化碳吸附量對比，其他實施例樣品的吸附過程與實施例7 (PEI=30%)的相同。隨著PEI負(fù)載量的增加，其二氧化碳吸附量也隨著增大。但是實施例12樣品的吸附量比實施例11的吸附量小，說明PEI負(fù)載量存在最佳值。當(dāng)PEI負(fù)載量超過最佳值的時候，其吸附量開始下降，原因是當(dāng)PEI負(fù)載量超過最佳負(fù)載量，基體材料的有效孔容承載能力已經(jīng)飽和，部分PEI附著在表面阻礙了二氧化碳分子的擴散，導(dǎo)致二氧化碳分子與胺基結(jié)合減少，從而削弱籠形吸附材料的吸附能力。圖5顯示的是實施例11樣品吸附性能穩(wěn)定性測試結(jié)果。將實施例11的樣品重復(fù)進(jìn)行吸附、脫附過程(具體步驟按照實施例9的測試過程)，結(jié)果表明經(jīng)過20次循環(huán)吸附、脫附實驗，實施例11樣品的吸附性能具有良好的穩(wěn)定性，其最大吸附量變化小于4%，良好的循環(huán)吸附、脫附能力，有利于該材料在實際工業(yè)過程中二氧化碳捕集的應(yīng)用。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種籠形二氧化碳吸附材料的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟: (1)蒙脫石酸化改性:將10 20g蒙脫石加入IOOmL硫酸溶液(中，置于帶有冷凝回流的反應(yīng)裝置中，加熱到90 110°C，然后攪拌4個小時；將所得混合溶液用去離子水浸泡，然后過濾；重復(fù)洗滌和過濾后，將殘留的酸液去除；然后將過濾后的濾餅放入烘箱，加熱到100°C，烘干12小時，得到酸化改性的蒙脫石； (2)籠形二氧化碳吸附材料的制備:將0.3 4.5g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25°C攪拌2小時后，加入3g步驟(I)所得酸化改性的蒙脫石，繼續(xù)攪拌6小時后，在40°C的溫度下，蒸發(fā)去除甲醇；最后將所得樣品在60°C下干燥6小時，冷卻后得到的樣品即為籠形二氧化碳吸附材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述硫酸溶液的濃度為2 10mol/L ;所述重復(fù)洗滌和過濾的次數(shù)為3次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)所得酸化改性的蒙脫石的比表面積為250 350m2/g,孔容為0.5 0.85cm3/g,孔徑分布在3 IOnm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)所得樣品中聚乙烯酰胺的質(zhì)量百分含量在10% 60%之間。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項所述制備方法制備得到的籠形二氧化碳吸附材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的籠形二氧化碳吸附材料在煙道氣中二氧化碳捕集中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種籠形二氧化碳吸附材料及其制備方法和應(yīng)用，該方法包括蒙脫石的酸化改性以及籠形二氧化碳吸附材料的合成?；\形吸附材料制備過程中，采用浸漬法，將有機物直接覆蓋在介孔分子篩的內(nèi)表面，該方法制備過程比較簡單，耗能小，且脫附、再生也容易，可大幅度減少工業(yè)應(yīng)用過程中的能耗及成本。該復(fù)合材料中有機胺有效負(fù)載量在10～60%之間，具有良好的吸附和脫附能力，且穩(wěn)定性良好，由于采用了酸化后蒙脫石作為基體材料，其成本相比其他分子篩類多孔材料，成本大幅度降低，能夠滿足工業(yè)過程，特別是煙道氣脫除二氧化碳?xì)怏w的對吸附劑材料的要求。
文檔編號B01J20/30GK103120931SQ20131004008
公開日2013年5月29日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者王維龍, 丁靜, 魏小蘭, 肖靜, 彭強, 楊建平, 陸建峰 申請人:中山大學(xué), 華南理工大學(xué)