一種吸附和吸收聯(lián)用二氧化碳吸收劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了一種吸附和吸收聯(lián)用二氧化碳吸收劑的制備方法，屬于吸收劑制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由溫室氣體(GHG)引起的全球氣候變化是當(dāng)今世界最為顯著的環(huán)境問(wèn)題之一。二氧化碳(CO2)作為最重要的GHG，其控制與減排成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。在2009年的哥本哈根世界氣候大會(huì)上，我國(guó)政府承諾，到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)排放的⑶2較2005年下降40?45%，由此對(duì)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)CO2減排與控制提出了巨大的挑戰(zhàn)。
[0003]二氧化碳吸收劑是用于密閉空間吸收清除二氧化碳的一種非再生型藥劑，廣泛應(yīng)用于艦艇、航空航天、礦山安全艙、安全硐室等密閉空間的供氧領(lǐng)域。
[0004]二氧化碳的吸收劑一般有氧化鈣、氫氧化鈣、氧化鈉、氫氧化鈉和氫氧化鉀等。涂布在吸收片上的吸收劑必須是液體溶液，但氧化媽和氫氧化媽微溶于水，均吸收CO2和水生成硬塊碳酸鈣(含部分碳酸氫鈣)，將部分14C軟β射線包裹起來(lái)，檢測(cè)儀不容易檢測(cè);氧化鈉溶于水反應(yīng)激烈，使水沸騰生成氫氧化鈉溶液，操作時(shí)容易傷人;氫氧化鈉和氫氧化鉀溶于水放熱但可控制，但腐蝕性比較強(qiáng)，不慎接觸會(huì)對(duì)人體造成傷害，且吸收CO2和水后分別生成碳酸鈉(可含部分碳酸氫鈉)和碳酸鉀(可含部分碳酸氫鉀)，碳酸鈉和碳酸鉀極易吸濕結(jié)成硬塊，將部分14C軟β射線包裹起來(lái)，檢測(cè)儀也不容易檢測(cè)。
[0005]沸石分子篩已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，是一種重要的吸附劑，用于凈化和分離多種氣體，沸石分子篩對(duì)二氧化碳的吸附，有很高的吸附容量和吸附選擇行，而且機(jī)械性能較好，在目前煙道氣中二氧化碳吸附的研究還未達(dá)到廣泛應(yīng)用。
[0006]除此以外，對(duì)于二氧化碳高排放、捕集難度大，使用各種捕集法各有各的有點(diǎn)，但是同時(shí)也存在自身的缺點(diǎn)，如吸附法和吸收法，其中吸附法具有吸附價(jià)格低，吸附脫附速率快，使用壽命長(zhǎng)，可再生循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，但與此同時(shí)也存在吸附劑需求量大，設(shè)備龐大而復(fù)雜，在高溫下吸附衰減較大的問(wèn)題;而吸收法也存在著解析熱能消耗量比較大，耐氧性較差，高溫易損失，對(duì)于設(shè)備的腐蝕也比較嚴(yán)重的問(wèn)題。
[0007]因此，如何通過(guò)合理途徑開(kāi)發(fā)出環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)高效的新型吸收劑，成為未來(lái)⑶2捕集工藝研發(fā)的趨勢(shì)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)目前傳統(tǒng)二氧化碳吸收劑在吸收二氧化碳的過(guò)程中反應(yīng)激烈，易傷人，且腐蝕性較強(qiáng)，吸收率低，以及傳統(tǒng)二氧化碳捕捉法中吸附法雖吸附脫附速率快，可再生循環(huán)利用，但設(shè)備龐大復(fù)雜，高溫下吸附衰減較大，另外吸收法也存在解析熱能消耗量大、高溫易損失、耐氧性差以及對(duì)設(shè)備腐蝕較嚴(yán)重的問(wèn)題，提供了一種將制得的聚合微球和沸石原料復(fù)配后放入馬弗爐中，燒除聚合微球，制得空心沸石分子篩，對(duì)其表面酯化接枝聚丙烯酸后，酰胺化反應(yīng)胺基改性，最終得到吸附和吸收聯(lián)用二氧化碳吸收劑的制備方法。該方法操作簡(jiǎn)便，無(wú)需龐大設(shè)備，且在制備的過(guò)程中無(wú)任何腐蝕情況產(chǎn)生，利用吸附法和吸收法聯(lián)用，提高二氧化碳回收率，降低吸收的負(fù)荷，降低可吸附過(guò)程中尾氣濃度的要求，從而節(jié)約能耗，具有耐氧性好、去除率高的特點(diǎn)。
[0009]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)精確稱取2?3g甲基丙烯酸溶于100?200mL溫度為50?60°C溫水中，將溶液移入帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，啟動(dòng)攪拌器，在攪拌狀態(tài)下加入0.5?0.8g過(guò)硫酸鉀并以5mL/min速率向燒瓶中通入氮?dú)庵敝林脫Q出瓶?jī)?nèi)空氣，再移入60?70°C水浴鍋中，靜置聚合反應(yīng)10?12h，抽濾后干燥即得模板聚合微球；
(2)在70?90°C油浴鍋中，將10?30g偏鋁酸鈉、100?200g燒堿和300?400mL質(zhì)量濃度為20%四丙基氫氧化銨溶液溶于I?2L蒸餾水中，放置在磁力攪拌機(jī)上，以100?200r/min進(jìn)行攪拌并邊攪拌邊加入10?20g上述制得的模板聚合微球，繼續(xù)攪拌2?3h;
(3)攪拌結(jié)束后，將得到的混合液移入高壓反應(yīng)釜，在20?3010^和120?130°C下晶化3?4h，過(guò)濾后將所得濾渣放入馬弗爐，于600?700°C下保溫煅燒3?5h以燒除模板聚合微球得到空心沸石分子篩；
(4)稱取30?40g上述制得的空心沸石分子篩用其體積3?5倍濃度為0.5mol/L燒堿溶液搖床振蕩浸漬I?2h，再用去離子水沖洗干凈后倒入500mL燒杯中，加入100?200mL二甲基甲酰胺超聲分散20?30min ；
(5)超聲分散后再向混合液中加入50?60g聚丙稀酸，用攪拌棒混合均勾后移入油浴鍋中，加熱升溫至120?130 °C，繼續(xù)滴加10?15mL二甲氨基吡啶，放置在磁力攪拌機(jī)上攪拌過(guò)夜，對(duì)空心沸石分子篩表面進(jìn)行酯化接枝改性，抽濾后用無(wú)水乙醇洗滌3?5次，放入烘箱干燥后得到吸收劑中間體；
(6)量取30?40mL二乙烯三胺和等體積的二乙醇胺溶于400?500mL濃度為0.3mol/L甲醇溶液，放置在4?6 "€冰水浴中，用高速攪拌機(jī)以600?700r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，攪拌的同時(shí)將40?50g上述吸收劑中間體加入，混合均勻后移入漩渦振蕩儀，在30?40W功率下振蕩反應(yīng)12?14h進(jìn)行胺基改性，最后經(jīng)無(wú)水乙醇洗滌3?5遍后干燥，即得吸附和吸收聯(lián)用二氧化碳吸收劑。
[0010]本發(fā)明的原理:本發(fā)明利用化學(xué)法和物理法，吸收法和吸附法相聯(lián)用的方式對(duì)二氧化碳進(jìn)行吸收。在操作過(guò)程中，胺類(lèi)物質(zhì)中帶有的胺基為堿性，與酸性的二氧化碳接觸時(shí)可以將其進(jìn)行吸收，另外由于沸石分子篩具有較大的比表面積，能夠促進(jìn)胺基的均勻分散，大大增加了胺基和氣相的接觸面積，對(duì)其進(jìn)行更好的吸收，從而兩者聯(lián)用，提高吸收效率。
[0011]本發(fā)明的應(yīng)用方法是:使用時(shí)，取5?1g本發(fā)明制得的二氧化碳吸收劑放入吸收罐中，啟動(dòng)栗，以5?8mL/min的速率向吸收罐中通入含有二氧化碳的空氣，即可。其中含有二氧化碳的空氣在經(jīng)過(guò)吸收罐時(shí)將被里面的二氧化碳吸收劑吸收，待吸收結(jié)束，干凈的空氣從吸收罐排出至環(huán)境大氣中，經(jīng)檢測(cè)，吸收率達(dá)到95%以上，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明使用的沸石分子篩具有較大的比表面積，能夠促進(jìn)胺基的均勻分散，增加胺基與氣相的接觸面積，增大傳質(zhì)和反應(yīng)速率，提高胺的利用率；
(2)本發(fā)明采用吸附法和吸收法聯(lián)合運(yùn)用的二氧化碳捕集方法，可以提高二氧化碳回收率，降低吸收的負(fù)荷，降低可吸附過(guò)程中尾氣濃度的要求，從而節(jié)約能耗，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0013]具體實(shí)施變呢發(fā)明方式
首先精確稱取2?3g甲基丙烯酸溶于100?200mL溫度為50?60°C溫水中，將溶液移入帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，啟動(dòng)攪拌器，在攪拌狀態(tài)下加入0.5?0.8g過(guò)硫酸鉀并以5mL/min速率向燒瓶中通入氮?dú)庵敝林脫Q出瓶?jī)?nèi)空氣，再移入60?70°C水浴鍋中，靜置聚合反應(yīng)10?12h，抽濾后干燥即得模板聚合微球;然后在70?900C油浴鍋中，將10?30g偏鋁酸鈉、100?200g燒堿和300?400mL質(zhì)量濃度為20%四丙基氫氧化銨溶液溶于I?2L蒸餾水中，放置在磁力攪拌機(jī)上，以100?200r/min進(jìn)行攪拌并邊攪拌邊加入10?20g上述制得的模板聚合微球，繼續(xù)攪拌2?3h;攪拌結(jié)束后，將得到的混合液移入高壓反應(yīng)釜，在20?30MPa和120?130°C下晶化3?4h，過(guò)濾后將所得濾渣放入馬弗爐，于600?700°C下保溫煅燒3?5h以燒除模板聚合微球得到空心沸石分子篩;接下來(lái)稱取30?40g上述制得的空心沸石分子篩用其體積3?5倍濃度為0.5mol/L燒堿溶液搖床振蕩浸漬I?2h，再用去離子水沖洗干凈后倒入500mL燒杯中，加入100?200mL二甲基甲酰胺超聲分散20?30min ；然后超聲分散后再向混合液中加入50?60g聚丙烯酸，用攪拌棒混合均勻后移入油浴鍋中，加熱升溫至120?130°C，繼續(xù)滴加10?15mL 二甲氨基吡啶，放置在磁力攪拌機(jī)上攪拌過(guò)夜，對(duì)空心沸石分子篩表面進(jìn)行酯化接枝改性，抽濾后用無(wú)水乙醇洗滌3?5次，放入烘箱干燥后得到吸收劑中間體；最后量取30?40mL 二乙烯三胺和等體積的二乙醇胺溶于400?500mL濃度為0.3moI/L甲醇溶液，放置在4?6°C冰水浴中，用高速攪拌機(jī)以600?700r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，攪拌的同時(shí)將40?50g上述吸收劑中間體加入，混合均勻后移入漩渦振蕩儀，在30?40W功率下振蕩反應(yīng)12?14h進(jìn)行胺基改性，最后經(jīng)無(wú)水乙醇洗滌3?5遍后干燥，即得吸附和吸收聯(lián)用二氧化碳吸收劑。
[0014]實(shí)例I
首先精確稱取2g甲基丙烯酸溶于10mL溫度為50°C溫水中，將溶液移入帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，啟動(dòng)攪拌器，在攪拌狀態(tài)下加入0.5g過(guò)硫酸鉀并以5mL/min速率向燒瓶中通入氮?dú)庵敝林脫Q出瓶?jī)?nèi)空氣，再移入600C水浴鍋中，靜置聚合反應(yīng)1h，抽濾后干燥即得模板聚合微球;然后在70°C油浴鍋中，將1g偏鋁酸鈉、10g燒堿和300mL質(zhì)量濃度為20%四