一种石墨烯基固体酸催化剂及其制备方法和应用以及含CO2烟气的处理方法与流程

本发明属于co2捕集，具体涉及一种石墨烯基固体酸催化剂及其制备方法和应用以及含co2烟气的处理方法。

背景技术：

1、目前，化学吸收法是co2捕集技术中应用最为成熟的。其中，有机胺吸收解吸co2技术具有吸收效率较高、运行稳定等特点，该技术采用低温吸收、高温解吸的原理，吸收温度通常在40℃左右，解吸温度在100～120℃左右，解吸能耗是限制该技术广泛使用最大的限制。为了降低解吸能耗，可通过降低进入解吸塔的富液流量、为解吸贫液设置mvr系统、将进入解吸塔的富液一部分分流被塔底解吸气加热等手段，使总的解吸负荷降低，从而降低解吸能耗。

2、cn106039936a、cn108079746a、cn219043227u、cn205549971u公开了基于相变吸收剂的co2捕集方法，该方法采用一系列有机胺和水进行复配，得到均相的水溶液，吸收co2后的溶液自动分层，上层轻相无co2，直接回到吸收塔；下层重相含有大量的co2反应物去解吸塔解吸，由于进入解吸塔的溶液总量降低，解吸能耗降低，这是目前研究比较热的方法。其中，乙醇胺(mea)具有非常快的co2吸收能力，但解吸能耗高达3.7～4.0gj/tco2，且腐蚀性非常强；n-甲基二乙醇胺(mdea)解吸速率快，但是吸收效率有限，需要大量的循环液进行吸收，设备投资和占地面积也非常大。

3、cn114452779a公开了一种热泵辅助相变二氧化碳捕集系统，该系统在相变法二氧化碳捕集基础上采用蒸发器、冷凝器以及压缩机的组合，称为热泵系统，采用解吸后贫液(高温100～120℃)、吸收前贫液(低温40℃左右)、吸收后富液(低温40℃左右)、解吸前富液(高温80～90℃)进行换热，其中采用热介质(导热油和水)进行热传递，几乎不用外加热源。该专利申请虽然以相变吸收剂为捕集前提，但相变吸收剂只能降低解吸流量，并不能降低解吸温度，而热泵由于利用了热介质的相变热，被加热的胺液温度需要在热介质的沸点以下，因此热泵系统通常需要在热介质的沸点以下(90℃以下)才能够稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种用于催化co2解吸时具有优异解吸效果的石墨烯基固体酸催化剂。

2、本发明的第二目的在于提供上述石墨烯基固体酸催化剂的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供上述石墨烯基固体酸催化剂作为co2富胺液解吸剂的应用。

4、本发明的第四目的在于提供一种含co2烟气的处理方法。

5、本发明提供的石墨烯基固体酸催化剂以分子筛作为载体，以氧化石墨烯、wo3和tio2作为活性组分。

6、本发明提供的石墨烯基固体酸催化剂的制备方法包括将氧化石墨烯、wo3前驱体和tio2前驱体于溶液中进行水热反应，再将水热反应产物和分子筛载体进行混合后烘干，即得石墨烯基固体酸催化剂。

7、本发明提供的含co2烟气的处理方法包括以下步骤：

8、s1、将含co2烟气自下部引入吸收塔中，同时将co2吸收剂自上而下喷淋至吸收塔中，烟气中的co2与co2吸收剂反应生成有机盐以将烟气中的co2脱除，吸收塔的塔底得到富胺液且塔顶得到脱除co2的烟气；

9、s2、将富胺液引入解吸塔中进行co2解吸，所述解吸塔以上述石墨烯基固体酸催化剂作为填料，产生的co2气体自解吸塔顶排出。

10、本发明的发明人经过深入且广泛研究之后发现，以分子筛具有优异的吸附和催化解吸能力，将其作为载体可以提高催化能力；石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维碳原子晶体，而氧化石墨烯(graphene oxide，简称go)除了含有众多具有反应活性的碳碳双键，还具有大量含氧官能团，很容易进行表面化学修饰而改变其性质，将氧化石墨烯、wo3和tio2同时作为活性组分负载于分子筛载体上，可以同时构建酸性位点与反应底物高度亲和的吸附微区，可以显著提升co2的解吸效率。此外，本发明提供的石墨烯基固体酸催化剂用于co2解吸时，可以催化高温解吸过程，加快co2解吸速率，同时将解吸温度降低至60～90℃，在这一较低温度下即可实现co2解吸，既能够将解吸能耗降低30％以上，又由于解吸时不产生大量水蒸气而降低腐蚀和压力，从而可降低解吸塔的材质和费用。再则，如果与热泵技术联合即可满足解吸要求，二氧化碳解吸技术的成本降低约60％～80％，对国家实现双碳目标起到了重要的推动作用。此外，本发明提供的石墨烯基固体酸催化剂的催化能力强，循环使用次数多。

技术特征：

1.一种石墨烯基固体酸催化剂，其特征在于，所述石墨烯基固体酸催化剂以分子筛作为载体，以氧化石墨烯、wo3和tio2作为活性组分。

2.根据权利要求1所述的石墨烯基固体酸催化剂，其特征在于，以所述石墨烯基固体酸催化剂的总重量为基准，所述载体的含量为30～80wt％，所述活性组分的含量为20～70wt％。

3.根据权利要求1所述的石墨烯基固体酸催化剂，其特征在于，所述活性组分中氧化石墨烯、tio2和wo3的质量比为(1～4):(7～21):7。

4.根据权利要求1所述的石墨烯基固体酸催化剂，其特征在于，所述分子筛为h-zsm-5。

5.权利要求1～4中任意一项所述石墨烯基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括将氧化石墨烯、wo3前驱体和tio2前驱体于溶液中进行水热反应，再将水热反应产物和分子筛载体进行混合后烘干，即得石墨烯基固体酸催化剂。

6.根据权利要求5所述的石墨烯基固体酸催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应的方式为将氧化石墨烯超声分散于水中，之后将所得分散液与有机溶剂i混合得到溶液a；将tio2前驱体与有机溶剂ii混合得到溶液b；将wo3前驱体与有机溶剂iii混合得到溶液c；将溶液a、溶液b和溶液c混合后置于水热反应条件下进行反应；

7.权利要求1～4中任意一项所述石墨烯基固体酸催化剂作为co2富胺液解吸剂的应用。

8.一种含co2烟气的处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的co2烟气的处理方法，其特征在于，所述co2吸收剂为有机胺。

10.根据权利要求8所述的co2烟气的处理方法，其特征在于，所述co2解吸的温度为80～85℃。

技术总结本发明属于CO<subgt;2</subgt;捕集技术领域，具体涉及一种石墨烯基固体酸催化剂及其制备方法和应用以及CO<subgt;2</subgt;烟气的处理方法。所述石墨烯基固体酸催化剂以分子筛作为载体，以氧化石墨烯、WO<subgt;3</subgt;和TiO<subgt;2</subgt;作为活性组分。本发明的关键在于将氧化石墨烯、WO<subgt;3</subgt;和TiO<subgt;2</subgt;同时作为活性组分负载于分子筛载体上，由此不仅可以显著提升CO<subgt;2</subgt;的解吸效率，而且还可以降低解吸能耗。此外，本发明提供的石墨烯基固体酸催化剂的催化能力强，循环使用次数多。技术研发人员：王研,杨涛,于勇勇,杨明亮,赵玉,李洋,王垚受保护的技术使用者：厦门斯研新材料技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1