本發(fā)明涉及CO₂吸附劑，具體是高活性的CO₂吸附劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

CO₂作為主要的溫室氣體，其在大氣中的含量與日俱增，造成嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，引起了國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注，也成為人類社會(huì)面臨的急需解決的重要問題。吸附分離技術(shù)作為從各類工業(yè)排氣中捕集CO₂最有效技術(shù)之一，一直備受研究者的青睞。而在吸附分離技術(shù)中，研發(fā)具有高吸附容量、高選擇性和良好循環(huán)利用性能的CO₂吸附劑成為技術(shù)的關(guān)鍵。

目前已有多種能吸附CO₂的吸附劑。納米氫氧化鈣作為吸附CO₂的典型材料，一直被研究，還由于可以去除NOx，可作為固體廢物焚燒的脫氯劑、脫硫劑、可環(huán)境消納塑料的高效助劑，所以在環(huán)境保護(hù)和減少排放方面越來越受到重視。在制備納米氫氧化鈣方面，CN 104069793 A公開一種高吸附活性氫氧化鈣納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：CaCl₂放入三頸瓶中，加入去離子水溶解，采用磁力攪拌器攪拌；稱取SDS或PEG，加入到三頸瓶中攪拌溶解；NaOH 溶于去離子水中，然后滴入三頸瓶中，攪拌反應(yīng)0.5h～2.5h得到漿體；將漿體抽濾后，洗滌后干燥，制備出顆粒均勻、呈單分散納米Ca(OH)₂粉體，顆粒粒度為200nm～300nm。CN1800025公開一種納米氫氧化鈣的制備方法，是在鈣離子為原料的液相體系中，采用水溶性高分子聚合物作為模板，超聲波震蕩1小時(shí)，形成無機(jī)-高聚物均相體系后，加入堿性溶液，超聲波振蕩半小時(shí)，生成物經(jīng)洗滌、離心、干燥，制備得到具有高分子包覆層的納米氫氧化鈣，可作為固體廢物焚燒的脫氯劑、脫硫劑、可環(huán)境消納塑料的高效助劑；所采用的水溶性高分子聚合物是指PVA124、PEG6000、PAA-NH₄、PVP、PVA124、天然高分子甲殼胺；堿性溶液為在NaOH、KOH或氨水堿性溶液。

上述兩種方法中，前者得到的氫氧化鈣顆粒粒度太大，比表面積和活性都還不夠；后者得到的是具有高分子包覆層的納米氫氧化鈣，并且沒有公開所得到的產(chǎn)品的具體參數(shù)。另外兩者均沒有涉及在吸附CO₂方面的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有技術(shù)的缺陷，為解決納米氫氧化鈣吸附CO₂ 提供新的材料和方法，獲得顆粒粒度更小、使用更加方便的可以高效吸附CO₂ 的吸附劑，本發(fā)明提供一種高活性的CO₂吸附劑及其制備方法。

本發(fā)明提供的高活性的CO₂吸附劑的制備方法，包括下述步驟：

1）配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.15~0.4%的CMC水溶液；

2）取上述濃度的CMC水溶液，加入水溶性鈣鹽或其水溶液，溶解混勻后，靜置；

3）動(dòng)蕩下加入堿性溶液，反應(yīng)完成即得到所述高活性的CO₂吸附劑；

其中：CMC與鈣離子的摩爾比為0.2~0.22：1，堿性溶液中氫氧根離子的摩爾數(shù)為與鈣離子完全反應(yīng)的量。

所述的混勻方式包括：攪動(dòng)、震蕩、超聲處理或其他的可以使得體系達(dá)到均一狀態(tài)的常規(guī)方法。所述的動(dòng)蕩是指攪動(dòng)、震蕩、超聲處理或其他的可以使得體系處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的常規(guī)方法，便于加入的堿性溶液快速混勻和進(jìn)行反應(yīng)。

按照上述的方法，獲得液相體系，不需要再經(jīng)過繁復(fù)的處理即可直接可以應(yīng)用。其中氫氧化鈣顆粒粒度在100nm以下，活性更高，對(duì)CO₂吸附的效果更好。另外產(chǎn)品體系中沒有添加有害物質(zhì)，可確保使用安全。CMC發(fā)揮納米粒子穩(wěn)定劑作用，產(chǎn)品在長(zhǎng)期儲(chǔ)藏（至少6個(gè)月）過程中不容易產(chǎn)生粒子聚集而喪失活性。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以有如下的選擇和改進(jìn)。

作為優(yōu)選，在步驟1），CMC水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.2~0.3%。此時(shí)，氫氧化鈣顆粒粒度在50nm以下。

更優(yōu)化的方案是：在步驟1），CMC水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.25%。此時(shí)，氫氧化鈣顆粒粒度在20nm以下。

進(jìn)一步，在步驟2），靜置時(shí)間為8~16h。

本發(fā)明中，所述水溶性鈣鹽選自：Ca(NO₃)₂、CaCl₂；堿性溶液選自：NaOH、KOH或氨水。氨水本身能吸收空氣中的二氧化碳，有利于提高所得產(chǎn)品的吸附性。

優(yōu)選地，堿性溶液為NaOH溶液。較好的方案是NaOH溶液濃度為0.05~1mol/L，更好的是NaOH溶液濃度為0.2mol/L。

本發(fā)明在步驟3），堿性溶液加入速度為2~10ml/min。這樣的連續(xù)地緩慢地并且是在動(dòng)蕩下加入堿性溶液，可以使反應(yīng)進(jìn)行得更加順利。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供由上述所述的方法制備的高活性的CO₂吸附劑。

附圖說明

圖1是普通 Ca(OH)₂ 粒子的電鏡圖，其中粒子直徑為~ 2000 nm。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1方法所得的Ca(OH)₂納米粒子高活性的CO₂吸附劑的電鏡圖，其中粒子直徑為~ 100 nm。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1方法所得的Ca(OH)₂納米粒子產(chǎn)物的XRD圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1方法所得的吸附劑產(chǎn)品與單純CMC的紅外光譜對(duì)比圖。

圖5是CMC濃度對(duì)Ca(OH)₂納米粒子的影響曲線圖。圖中顯示在CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.25%時(shí)，Ca(OH)₂納米粒子直徑最小，可達(dá)20nm以下。在CMC水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.2~0.3%時(shí)，氫氧化鈣顆粒粒度在50nm以下。在CMC水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.15~0.4%時(shí)，氫氧化鈣顆粒粒度在100nm以下。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例1方法所得的Ca(OH)₂納米粒子高活性的CO₂吸附劑對(duì)CO₂吸收結(jié)果曲線圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%CMC水溶液，取上述濃度的CMC水溶液50mL（CMC的量為0.00052mol），加入0.2778g（鈣離子的摩爾數(shù)為0.0025mol）CaCl₂，振蕩2h后，靜置12h，以流速為4ml/min加入濃度為0.2mol/L的NaOH溶液25ml（NaOH中的氫氧根離子量為0.005mol），振蕩1.5 h，得到納米氫氧化鈣吸附劑即本發(fā)明所述的高活性的CO₂吸附劑。

實(shí)施例2

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%CMC水溶液，取上述濃度的CMC水溶液50mL（CMC的量為0.00052mol），加入0. 2778g（鈣離子的摩爾數(shù)為0.0025mol）CaCl₂，振蕩2h后，靜置12h，以流速為4ml/min加入濃度為0.2mol/L的KOH溶液25ml（KOH中的氫氧根離子量為0.005mol），振蕩1.5 h，得到納米氫氧化鈣吸附劑即本發(fā)明所述的高活性的CO₂吸附劑。

實(shí)施例3

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%CMC水溶液，取上述濃度的CMC水溶液50 mL（CMC的量為0.00052mol），加入0.2778 g（鈣離子的摩爾數(shù)為0.0025mol）CaCl₂，振蕩2h后，靜置12h，以流速為4ml/min加入濃度為0.2mol/L的氨水25ml（NH₃·H₂O中的氫氧根離子量為0.005mol），振蕩1.5 h，得到納米氫氧化鈣吸附劑即本發(fā)明所述的高活性的CO₂吸附劑。

實(shí)施例4

取實(shí)施例1的產(chǎn)品進(jìn)行CO₂吸收實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)經(jīng)過吸附處理后的空氣中的CO₂濃度，經(jīng)過顯示在40分鐘時(shí)間內(nèi)，檢測(cè)到的CO₂濃度幾乎為零（如圖6），說明吸附效果很好。