本發(fā)明屬于二氧化碳吸附捕集領(lǐng)域，具體涉及一種磁性固體胺co2吸附劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、“溫室效應(yīng)”已成為人類(lèi)面臨的重大環(huán)境問(wèn)題?！皽厥倚?yīng)”的產(chǎn)生主要是由于現(xiàn)代化工業(yè)社會(huì)過(guò)多燃燒煤炭、石油和天然氣，大量排放尾氣，這些燃料燃燒后放出大量的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入大氣造成的。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，提高能源使用效率，節(jié)能減排，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生能源、風(fēng)能、水能和核能等，以及加大二氧化碳的捕集和儲(chǔ)存(ccs)，多種策略的有效結(jié)合是二氧化碳減排的必要保證。然而，從近期看，二氧化碳的捕集、儲(chǔ)存和資源化利用，將成為最有效、最可靠的減輕“溫室效應(yīng)”的選擇。co2捕集技術(shù)包括溶劑吸收法、吸附法、富氧燃燒法、膜分離法等，其中，吸附法相比于溶劑吸收法和富氧燃燒具有更低的運(yùn)行成本，相比膜分離法和化學(xué)鏈燃燒具有更高的技術(shù)成熟度，因此，吸附法捕集二氧化碳是一種具有廣闊應(yīng)用前景的碳捕集技術(shù)，而其關(guān)鍵則是高性能吸附劑的開(kāi)發(fā)。

2、固體胺吸附劑是由載體與有機(jī)胺結(jié)合制得，目前已有多種多孔材料，如介孔分子篩、硅膠、多孔炭材料等被研究用作載體，負(fù)載有機(jī)胺制備固體胺吸附劑。然而，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于吸附劑的磨損、壓縮氣體或流化氣體對(duì)吸附劑顆粒產(chǎn)生沖蝕作用等，造成吸附劑粉化、逃逸，難以滿足長(zhǎng)周期的工業(yè)化應(yīng)用。而采用磁性材料作為載體，由于其較強(qiáng)的磁性，極易實(shí)現(xiàn)吸附材料的回收，從而大幅減少吸附劑流失的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磁性固體胺co2吸附劑的制備方法。采用該方法制備的吸附材料對(duì)低濃度co2具有較好地吸附分離能力，且由于其較強(qiáng)的磁性，極易實(shí)現(xiàn)吸附材料的回收，從而大幅減少吸附劑流失的問(wèn)題。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種磁性固體胺co2吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟1，將一定質(zhì)量比的硝酸鋅、硝酸鈷、二甲基咪唑溶解于甲醇中，室溫反應(yīng)24小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到產(chǎn)物a；

4、步驟2，將步驟1處理所得的產(chǎn)物a，在氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚庵屑訜崽幚?，得到產(chǎn)物b；

5、步驟3，將經(jīng)過(guò)步驟2處理所得的產(chǎn)物b，在室溫下與鎳鹽、還原劑進(jìn)行機(jī)械化學(xué)反應(yīng)得到載體c；

6、步驟4，將經(jīng)過(guò)步驟3處理所得的載體c，在室溫下負(fù)載聚乙烯亞胺pei，制備得到磁性固體胺co2吸附劑。

7、步驟1中，所述硝酸鋅、硝酸鈷、二甲基咪唑、甲醇的質(zhì)量比為1:1:8:200～1:5:12:400。

8、步驟2中，所述氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚庵?，氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比為15:1～9:1，流速為20～40ml/min，加熱溫度為900℃～1100℃，加熱時(shí)長(zhǎng)為2～3小時(shí)。

9、步驟3中，所述鎳鹽為：硝酸鎳、氯化鎳或硫酸鎳，所述還原劑為硼氫化鉀與乙醇的混合物或硼氫化鈉與乙醇的混合物。

10、步驟3中，當(dāng)所述還原劑為硼氫化鉀與乙醇的混合物時(shí)，產(chǎn)物b與鎳鹽、硼氫化鉀、乙醇的比為：120g:1mol:50mol:1l～200g:1mol:80mol:2l；

11、當(dāng)所述還原劑為硼氫化鈉與乙醇的混合物時(shí)，產(chǎn)物b與鎳鹽、硼氫化鈉、乙醇的比為：120g:1mol:50mol:1l～200g:1mol:80mol:2l。

12、步驟3中，所述機(jī)械化學(xué)反應(yīng)為將所有原料混合，在室溫下，通過(guò)機(jī)械研磨3～5小時(shí)。

13、步驟4中，所述負(fù)載聚乙烯亞胺pei的量為：聚乙烯亞胺占磁性固體胺co2吸附劑的質(zhì)量百分比為30％～40％。

14、本發(fā)明還提供了一種磁性固體胺co2吸附劑，，所述co2吸附劑采用所述方法制得，所述co2吸附劑為有機(jī)胺負(fù)載的磁性多孔鎳鈷水滑石炭復(fù)合材料。

15、所述磁性多孔鎳鈷水滑石炭復(fù)合材料的比表面積為400～600m2/g，飽和磁化強(qiáng)度為40～60emu/g。

16、本發(fā)明還提供了一種磁性固體胺co2吸附劑的應(yīng)用，包括：所述吸附劑裝填于固定床或流化床吸附裝置，應(yīng)用于化工、石油、鋼鐵、水泥工業(yè)領(lǐng)域以及發(fā)電、交通領(lǐng)域產(chǎn)生的低濃度co2吸附捕集。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：(1)本發(fā)明以較為常見(jiàn)易得、價(jià)廉的材料為原料，通過(guò)熱解、氫氧化、還原、機(jī)械化學(xué)法等手段，得到具有較高比表面積、高磁性的載體材料，使該載體適于負(fù)載pei，得到較高吸附容量、高co2再生穩(wěn)定性和高磁性的固體胺吸附劑，從而可進(jìn)行高效co2吸附分離的應(yīng)用；(2)本發(fā)明所述吸附劑載體表面積大于450m2/g；吸附劑對(duì)濃度15％的co2吸附量可達(dá)85mg-co2/g-吸附劑以上；(3)在變溫再生條件下，本發(fā)明所述吸附劑可連續(xù)吸附/脫附循環(huán)10次，吸附量下降小于6％；(4)該材料無(wú)毒無(wú)害，可利用磁場(chǎng)吸附回收，環(huán)境友好，對(duì)大規(guī)模co2吸附分離技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。

技術(shù)特征：

1.一種磁性固體胺co2吸附劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述硝酸鋅、硝酸鈷、二甲基咪唑、甲醇的質(zhì)量比為1:1:8:200～1:5:12:400。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚庵?，氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比為15:1～9:1，流速為20～40ml/min，加熱溫度為900℃～1100℃，加熱時(shí)長(zhǎng)為2～3小時(shí)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中，所述鎳鹽為：硝酸鎳、氯化鎳或硫酸鎳，所述還原劑為硼氫化鉀與乙醇的混合物或硼氫化鈉與乙醇的混合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟3中，當(dāng)所述還原劑為硼氫化鉀與乙醇的混合物時(shí)，產(chǎn)物b與鎳鹽、硼氫化鉀、乙醇的比為：120g:1mol:50mol:1l～200g:1mol:80mol:2l；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中，所述機(jī)械化學(xué)反應(yīng)為將所有原料混合，在室溫下，通過(guò)機(jī)械研磨3～5小時(shí)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4中，所述負(fù)載聚乙烯亞胺pei的量為：聚乙烯亞胺占磁性固體胺co2吸附劑的質(zhì)量百分比為30％～40％。

8.一種磁性固體胺co2吸附劑，其特征在于，所述co2吸附劑采用如權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述方法制得，所述co2吸附劑為有機(jī)胺負(fù)載的磁性多孔鎳鈷水滑石炭復(fù)合材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種磁性固體胺co2吸附劑，其特征在于，所述磁性多孔鎳鈷水滑石炭復(fù)合材料的比表面積為400～600m2/g，飽和磁化強(qiáng)度為40～60emu/g。

10.一種磁性固體胺co2吸附劑的應(yīng)用，其特征在于，所述co2吸附劑采用如權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述方法制得，所述吸附劑裝填于固定床或流化床吸附裝置，應(yīng)用于化工、石油、鋼鐵、水泥工業(yè)領(lǐng)域以及發(fā)電、交通領(lǐng)域產(chǎn)生的低濃度co2吸附捕集。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種磁性固體胺CO<subgt;2</subgt;吸附劑及其制備方法與應(yīng)用，吸附劑包含一種有機(jī)胺負(fù)載的磁性多孔鎳/鈷水滑石/炭復(fù)合材料。吸附劑的制備步驟包括：將硝酸鋅/硝酸鈷、二甲基咪唑溶解于甲醇中，室溫反應(yīng)24小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得到產(chǎn)物A；產(chǎn)物A于一定溫度和氣氛下加熱處理，得到產(chǎn)物B；產(chǎn)物B與鎳鹽、還原劑等進(jìn)行機(jī)械化學(xué)反應(yīng)得到載體C。載體C進(jìn)一步負(fù)載聚乙烯亞胺制備得到固體胺CO<subgt;2</subgt;吸附劑。所制得的CO<subgt;2</subgt;吸附材料具有磁性強(qiáng)、吸附容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，可有效防止由于吸附劑逃逸造成的吸附劑損失與環(huán)境污染問(wèn)題，適用于化工、石油、鋼鐵、水泥工業(yè)領(lǐng)域和發(fā)電、交通領(lǐng)域產(chǎn)生的低濃度CO<subgt;2</subgt;的高效吸附捕集。

技術(shù)研發(fā)人員：閆新龍,陸詩(shī)建,劉玲,康國(guó)俊,倪中海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9