本發(fā)明涉及碳捕捉，更具體地，涉及一種二氧化碳吸附劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)今社會發(fā)展的能源體系主要依賴煤炭、石油、天然氣等化學(xué)能源。在能源轉(zhuǎn)換過程中，會釋放大量的二氧化碳，導(dǎo)致全球氣候變暖，從而引發(fā)溫室效應(yīng)并引發(fā)自然災(zāi)害。根據(jù)目前的報道和商業(yè)應(yīng)用，碳捕獲、利用和儲存(ccus)技術(shù)是一種非常有前景的碳中和方法，特別是應(yīng)用于燃煤電廠、有色金屬工廠等高排放行業(yè)。

2、在二氧化碳捕獲方法中，金屬氧化物因其簡單、高效和經(jīng)濟(jì)可行性而備受關(guān)注。近年來，氧化鎂(mgo)基于簡單穩(wěn)定的立方結(jié)構(gòu)，以及與co2結(jié)合時形成無定形碳酸鹽，使其成為一種備受推崇的ccus應(yīng)用金屬氧化物。此外mgo具有理想的理論吸附容量和環(huán)境兼容性，在過程工業(yè)中有著巨大的應(yīng)用潛力。

3、目前在二氧化碳捕集領(lǐng)域，尤其是在大規(guī)模工業(yè)碳捕集中使用最多的液體吸附劑。目前液體二氧化碳吸附劑包括胺類溶液(如單乙醇胺，mea)、離子液體和功能化溶劑。這些材料通常具有較高的吸附容量和快速的吸附速率。離子液體由于其低揮發(fā)性和高熱穩(wěn)定性，逐漸成為研究熱點。功能化溶劑例如胺類溶劑，通過在溶劑分子結(jié)構(gòu)中引入特定的功能基團(tuán)進(jìn)而提升對二氧化碳的捕集能力。但液體吸附劑均存在著或多或少的問題，例如胺類溶液腐蝕性較強(qiáng)，容易對設(shè)備造成損害，需要頻繁維護(hù)和更換；還會在吸附解吸過程中發(fā)生降解，進(jìn)而大大影響吸附效率增加運行成本；除此之外還存在著再生能耗過大、產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物和制備成本高昂的問題。

4、因此固體二氧化碳吸附劑憑借其較高吸附容量、穩(wěn)定性、低能耗再生和環(huán)境友好的特性，成為碳捕集領(lǐng)域的重要研究方向。對于co2的捕集，利用氧化鎂基吸附劑碳酸化/煅燒反應(yīng)可以循環(huán)捕集co2。反應(yīng)式如下：

5、mgo+co2→mgco3

6、mgco3→mgo+co2

7、鎂基吸附劑主要通過化學(xué)吸附作用捕獲co2，該過程涉及co2與吸附劑表面活性點之間的化學(xué)反應(yīng)。傳統(tǒng)的鎂基吸附劑存在一些局限性，例如反應(yīng)溫度高、再生能耗大和吸附容量有限。

8、因此，不少研究者致力于開發(fā)新型鎂基吸附劑，以提高其在環(huán)境溫度下的co2吸附效率和降低成本。近年來，通過改性鎂基材料的方法已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，這些方法包括摻雜其他金屬離子、使用多孔支撐材料和表面改性等。例如，通過將鎂基材料與具有高孔隙率的多孔支撐材料(如活性炭、沸石或多孔硅)結(jié)合，可以提高吸附劑的比表面積和孔隙體積，從而增加其co2吸附能力。盡管通過這些方法改進(jìn)的鎂基吸附劑在實驗室規(guī)模上表現(xiàn)出色，但它們在工業(yè)應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，尤其是針對吸附劑原材料的成本、易處理性和環(huán)境友好性方面。

9、目前針對氧化鎂基吸附劑的制備方法主要分為濕化學(xué)法、溶膠凝膠法和氣相沉積法。濕化學(xué)法通過溶液中的化學(xué)反應(yīng)來合成氧化鎂基吸附劑，可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)條件如溫度、壓力、ph值和反應(yīng)時間來控制產(chǎn)品的特性，該方法可能涉及使用有毒的化學(xué)物質(zhì)，制備過程中產(chǎn)生的廢物需要進(jìn)行妥善處理，會對環(huán)境造成較大的負(fù)擔(dān)。溶膠凝膠法(sol-gel)是通過前驅(qū)體的水解和聚合反應(yīng)形成凝膠，經(jīng)過干燥和熱處理后得到鎂基吸附劑，可以制備出結(jié)構(gòu)均一且多孔的鎂基吸附劑，但過程中可能會使用到高成本和有害的化學(xué)物質(zhì)，而且制備周期較長能耗較高。氣相沉積法是指在高溫下將含鎂的氣體前驅(qū)體引入反應(yīng)室，在基底上沉積從而得到鎂基吸附劑，但氣相沉積法需要在高溫和低壓環(huán)境下進(jìn)行，這使得設(shè)備復(fù)雜且成本較高，而且氣相沉積法速率較慢，這會在一定程度上影響生產(chǎn)效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種二氧化碳吸附劑及其制備方法與應(yīng)用，采用固相混合法并通過將特定含量的海洋生物廢棄物以及氧化鎂進(jìn)行混合，能夠充分發(fā)揮各原料組分之間的相互配合及相互協(xié)同作用，并有效調(diào)控吸附劑材料的元素組成及微觀結(jié)構(gòu)，憑借易操作且低成本的制備方法，得到的新型二氧化碳吸附劑能夠提升mgo的co2吸附能力和循環(huán)穩(wěn)定性，可長期穩(wěn)定地保持較高的二氧化碳吸附速率和吸附能力。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種二氧化碳吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將生物殼類材料清洗后進(jìn)行干燥，得到預(yù)處理后的生物殼類材料；

5、(2)將所述預(yù)處理后的生物殼類材料進(jìn)行研磨，得到貝殼粗粉；

6、(3)在保護(hù)氣氛下，將所述貝殼粗粉進(jìn)行煅燒，降為室溫后對得到的煅燒產(chǎn)物進(jìn)行研磨，得到貝殼微粉；

7、(4)將所述貝殼微粉和氧化鎂固相混合，將混合后的產(chǎn)物在保護(hù)氣氛下進(jìn)行煅燒，再經(jīng)研磨得到所述二氧化碳吸附劑。

8、可選的，步驟(1)中，所述干燥的溫度為100℃～150℃；所述干燥的時間為12h～24h。

9、可選的，步驟(2)中，所述研磨具體包括以下步驟：將所述預(yù)處理后的生物殼類材料破碎后進(jìn)行研磨1h～2h，隨后選用600目～1200目的篩網(wǎng)篩出粉末，收集篩網(wǎng)中殘余的生物殼類碎片再次進(jìn)行研磨0.5h～1h，收集粉末，循環(huán)操作3次～6次。

10、可選的，步驟(3)中，所述煅燒包括：在200℃～400℃下煅燒1h～2h后，以10℃/min～20℃/min的升溫速率升溫至500℃～600℃下煅燒1h～2h。

11、可選的，所述貝殼微粉的粒徑為40微米～125微米。

12、可選的，步驟(4)中，所述貝殼微粉和所述氧化鎂的質(zhì)量比為1：(1～9)。

13、可選的，步驟(4)中，所述煅燒包括：在200℃～400℃下煅燒1h～2h后，以10℃/min～20℃/min的升溫速率升溫至500℃～600℃下煅燒1h～2h。

14、可選的，所述二氧化碳吸附劑的粒徑為40微米～125微米。

15、本發(fā)明還公開了一種如上述的制備方法制備得到的二氧化碳吸附劑。

16、本發(fā)明還公開了一種如上述的制備方法制備得到的二氧化碳吸附劑在捕集二氧化碳中的應(yīng)用。

17、可選的，所述二氧化碳吸附劑用于空氣、煙道氣中對二氧化碳的吸附。

18、可選的，所述二氧化碳吸附劑吸附二氧化碳的溫度為300℃～500℃。

19、實施本發(fā)明實施例，將具有如下有益效果：

20、(1)本發(fā)明提出的新型鎂基吸附劑的合成方法成本低且操作簡單方便，首先吸附劑合成過程無需使用溶劑，反應(yīng)過程更加環(huán)保，同時還選用了自然界中天然存在的物質(zhì)經(jīng)過簡單處理后作為吸附劑摻雜物，這大大降低了吸附劑制備的成本。

21、(2)本發(fā)明提出的合成方法選用的固相反應(yīng)法具有高選擇性和高產(chǎn)率的優(yōu)點，這是因為反應(yīng)發(fā)生在固體之間，可以通過精確控制反應(yīng)條件來優(yōu)化產(chǎn)物的質(zhì)量和數(shù)量。除此之外合成方法采用的固相反應(yīng)法可以制備出粒徑均勻，力度可控的材料，這對于許多工業(yè)應(yīng)用來說是至關(guān)重要的一點。

22、(3)本發(fā)明提出的合成方法還可以避免或減少液相中易出現(xiàn)的硬團(tuán)聚現(xiàn)象，在一般液相反應(yīng)中，反應(yīng)物質(zhì)往往會形成硬團(tuán)聚，而在該合成方法中，這種現(xiàn)象可以被有效地避免或減少，使得吸附劑的合成效率得到明顯提升。

23、(4)本發(fā)明提出的簡單易操作且低成本的鎂基吸附劑合成方法制備出的吸附劑相較于mgo，吸附容量和循環(huán)穩(wěn)定性均得到了提升。而且有效避免了液體吸附劑在合成和使用過程中會產(chǎn)生有害物質(zhì)、腐蝕性強(qiáng)、且成本較高對環(huán)境有害的缺點。

24、(5)本發(fā)明采用固相混合法并通過將特定含量的海洋生物廢棄物以及氧化鎂進(jìn)行混合，能夠充分發(fā)揮各原料組分之間的相互配合及相互協(xié)同作用，并有效調(diào)控吸附劑材料的元素組成及微觀結(jié)構(gòu)，憑借易操作且低成本的制備方法，得到的新型二氧化碳吸附劑能夠提升mgo的co2吸附能力和循環(huán)穩(wěn)定性，可長期穩(wěn)定地保持較高的二氧化碳吸附速率和吸附能力。

25、(6)本發(fā)明采用固相反應(yīng)法，通過直接加熱鎂源與具有多孔結(jié)構(gòu)、較大比表面積的生物殼類材料來制備鎂基吸附劑，得到的粉體顆粒無團(tuán)聚且填充性好，且操作簡單，成本相對較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

26、綜上，本發(fā)明提出的新型低成本吸附劑制備方法以海洋生物廢棄物為生產(chǎn)原料，來源廣泛且低廉；生產(chǎn)過程工藝簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，避免了高毒性的溶劑。此外合成方法中采用的固相混合法無需使用溶劑，且其還具有高選擇性和高產(chǎn)率、工藝過程簡單、粒徑均勻、力度可控、污染少、避免或減少液相中易出現(xiàn)的硬團(tuán)聚現(xiàn)象、成本低等優(yōu)點。