本發(fā)明屬于二氧化碳捕獲領(lǐng)域，具體涉及一種吸附劑及其制備方法和應(yīng)用以及二氧化碳水合吸附的方法。

背景技術(shù)：

1、基于水合物的二氧化碳捕獲是一種在溫和條件下通過水合物形成快速捕獲二氧化碳?xì)怏w，同時(shí)也可以通過水合物分解釋放捕獲二氧化碳?xì)怏w的技術(shù)。該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的成功受到水合物形成的某些技術(shù)困難的阻礙，如儲(chǔ)存能力不足和形成速度緩慢。

2、目前，加速水合物形成的方法有物理方法和化學(xué)方法。物理方法包括攪拌、鼓泡、霧化和外場(chǎng)方法，其目的是擴(kuò)大水合物形成過程中氣、液兩相的接觸面積，增強(qiáng)水合物的傳熱傳質(zhì)，從而加快水合物的生成速度?；瘜W(xué)方法可分為熱力學(xué)促進(jìn)和動(dòng)力學(xué)促進(jìn)。熱力學(xué)促進(jìn)需要采用熱力學(xué)促進(jìn)劑，旨在降低水合物相平衡條件和調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，熱力學(xué)促進(jìn)劑通常包括四氫呋喃(thf)、四丁基溴化銨(tbab)、丙酮和氣體添加劑等。動(dòng)力學(xué)促進(jìn)需要采用動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑，動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑以表面活性劑為主，主要起到降低液體表面張力、降低氣體分子向液相擴(kuò)散阻力、增加氣體分子溶解度的作用。動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑包括十二烷基苯磺酸鈉(sdbs)、十二烷基硫酸鈉(sds)等。然而，在目前常用的加速水合物形成的方法中，物理方法的分離效率較低，并且由于設(shè)備復(fù)雜，通常需要額外的能量，在工業(yè)生產(chǎn)中需要更高的成本；化學(xué)方法的分離效率較低，并且在動(dòng)力學(xué)促進(jìn)過程中所采用的動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑例如表面活性劑的回收率較低，有些表面活性劑甚至有毒，對(duì)環(huán)境有害，在實(shí)際應(yīng)用中有所限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一目的在于提供一種能夠提高二氧化碳分離效率的吸附劑的制備方法。

2、具體地，本發(fā)明提供的吸附劑的制備方法包括以下步驟：

3、s1.將氧化石墨烯和含氮化合物于水中進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)的條件使得氧化石墨烯被氮摻雜并切割為量子點(diǎn)，得到氮摻雜氧化石墨烯量子點(diǎn)；

4、s2.將氮摻雜氧化石墨烯量子點(diǎn)和四丁基氟化銨以及環(huán)戊烷混合，即得吸附劑。

5、本發(fā)明的第二目的在于提供由上述方法制備得到的吸附劑。

6、本發(fā)明的第三目的在于提供上述吸附劑作為二氧化碳水合吸附劑的應(yīng)用。

7、本發(fā)明的第四目的在于提供一種二氧化碳水合吸附的方法，該方法包括將含有二氧化碳的混合氣體采用上述吸附劑進(jìn)行水合吸附處理，以捕獲混合氣體中的二氧化碳。

8、本發(fā)明的關(guān)鍵在于以含氮化合物作為切割劑和摻雜劑制備氧化石墨烯量子點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，將所得氮摻雜氧化石墨烯量子點(diǎn)與四丁基氟化銨(tbaf)以及環(huán)戊烷(cp)復(fù)配使用作為二氧化碳水合吸附劑，可以有效提高二氧化碳的分離效率。推測(cè)其原因，可能是由于：一方面，以含氮化合物作為切割劑和摻雜劑制備氧化石墨烯量子點(diǎn)，氮原子可以有效摻入氧化石墨烯量子點(diǎn)中，氮原子的引入可以更有效地降低液體表面張力、增加氣體分子溶解度、提高體系的傳熱傳質(zhì)能力，縮短誘導(dǎo)時(shí)間，從而更好地促進(jìn)水合物的形成；另一方面，石墨烯量子點(diǎn)為納米顆粒，納米顆粒本身能夠提高體系的導(dǎo)熱性，而四丁基氟化銨以及環(huán)戊烷的復(fù)合使用有利于納米顆粒導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的形成，從而賦予體系良好的傳熱傳質(zhì)能力，更有利于促進(jìn)水合物的形成。也即，本發(fā)明從內(nèi)外兩個(gè)維度協(xié)同促進(jìn)水合物合成，由此實(shí)現(xiàn)二氧化碳的有效捕獲。

技術(shù)特征：

1.一種吸附劑的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述水熱反應(yīng)的方式包括將氧化石墨烯和含氮化合物及水?dāng)嚢杌旌暇鶆颍賹⑺没旌衔镉谒疅岱磻?yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的吸附劑的制備方法，其特征在于，該方法還包括步驟s1中水熱反應(yīng)之后的純化步驟；

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的吸附劑的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述氮摻雜氧化石墨烯量子點(diǎn)與四丁基氟化銨的比例為100mg:(0.3～2)mol；所述氮摻雜氧化石墨烯量子點(diǎn)與環(huán)戊烷的比例為100mg:(1～10)ml。

5.由權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的方法制備得到的吸附劑。

6.權(quán)利要求5所述的吸附劑作為二氧化碳水合吸附劑的應(yīng)用。

7.一種二氧化碳水合吸附的方法，其特征在于，該方法包括將含有二氧化碳的混合氣體采用權(quán)利要求5所述的吸附劑進(jìn)行水合吸附處理，以捕獲混合氣體中的二氧化碳。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二氧化碳水合吸附的方法，其特征在于，所述水合吸附處理的過程包括將水合吸附劑置于水合吸附反應(yīng)器內(nèi)部，將水合吸附反應(yīng)器內(nèi)部加壓至0.2mpa以上，再減壓除去水合吸附反應(yīng)器內(nèi)部存在的空氣，將置于水合吸附反應(yīng)器內(nèi)部的水合吸附劑預(yù)冷至2～5℃，待溫度達(dá)到預(yù)冷溫度后通入混合氣體直到壓力達(dá)到2mpa以上后停止通入混合氣體，通氣過程中打開攪拌，當(dāng)水合吸附反應(yīng)器內(nèi)部的壓力變化幅度降至0.01mpa/min以下時(shí)關(guān)閉攪拌，停止通入混合氣體后繼續(xù)反應(yīng)1～5h，之后打開出氣閥收集剩余氣體。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二氧化碳水合吸附的方法，其特征在于，所述混合氣體為二氧化碳與氮?dú)狻?/p>

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二氧化碳水合吸附的方法，其特征在于，所述混合氣體中二氧化碳的體積占比為5～30％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于二氧化碳捕獲領(lǐng)域，涉及一種吸附劑及其制備方法和應(yīng)用以及二氧化碳水合吸附的方法。所述吸附劑的制備方法包括以下步驟：S1.將氧化石墨烯和含氮化合物于水中進(jìn)行水熱反應(yīng)，所述水熱反應(yīng)的條件使得氧化石墨烯被氮摻雜并切割為量子點(diǎn)，得到氮摻雜氧化石墨烯量子點(diǎn)；S2.將氮摻雜氧化石墨烯量子點(diǎn)和四丁基氟化銨以及環(huán)戊烷混合，即得所述吸附劑。本發(fā)明的關(guān)鍵在于以含氮化合物作為切割劑和摻雜劑制備氧化石墨烯量子點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，將所得氮摻雜氧化石墨烯量子點(diǎn)與四丁基氟化銨以及環(huán)戊烷復(fù)配使用作為二氧化碳水合吸附劑，可以有效提高二氧化碳的分離效率。

技術(shù)研發(fā)人員：王研,楊吉,張捷,趙鐘毓,任建輝,張學(xué)驁,張宇鋒,但澤宇,閆西同
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19