一种高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂及其制备方法

本发明涉及二氧化碳吸附剂，尤其涉及一种高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂及其制备方法。

背景技术：

1、二氧化碳(co2)是主要的温室气体，大气中co2浓度的增加会引起全球变暖和海洋酸化等环境问题。co2等温室气体引起的全球变暖是当今面临的最具挑战性的环境问题之一。碳捕集与封存(ccs)技术是减少co2排放的有效措施。在ccs中，二氧化碳从炼油厂、水泥厂或化石燃料发电厂等点源捕获，然后注入地下地质构造或进一步用于其他目的，如食品加工(经过净化)和石油工业中提高石油采收率。然而，这些方法的应用是昂贵的，需要高能量。使用吸附剂捕获和储存co2已被提出作为传统ccs技术的可行替代方案，以减少所需的能量并实现更高效的过程。许多努力都集中在开发具有co2选择性和高吸附能力的吸附剂上。其中，黏土矿物在催化和吸附方面对co2捕获过程表现出有希望的行为。其他优势还包括黏土矿物的高稳定性和可利用性。高岭土作为主要的黏土矿物，是二八面体1：1层型层状结构硅酸盐，具有比表面积大、孔隙率高的特点，是地质封存co2的天然吸附剂。

2、目前，高岭土资源丰富，成本低廉，具有较高的比表面积、丰富的孔道、较高的机械性能和化学稳定性，多作为一种优良的氨基功能化固体吸附剂基体材料，通过改性将其应用于co2固体吸附剂的制备能提高co2吸附性能。

3、以高岭石为原材料，采用煅烧-碱活化-酸刻蚀的方法，制备出介孔氧化硅载体(knh),再将knh经过五乙烯六胺(peha)修饰后制备出介孔复合材料(knh-peha)。吸附温度为25℃，knh的co2吸附量为147.39cm3/g，而peha质量分数为30％的knh(knh-p-30)平衡时的co2吸附量达到389cm3/g。(陈心怡,程宏飞,赵炳新,胡棉舒,贾晓辉.高岭石基介孔复合材料的二氧化碳吸附性能[j].人工晶体学报,2021,50(09):1756-1764.)

4、采用乙醇胺和n,n-二甲基乙醇胺能有效的对埃洛石进行改性,改性后的埃洛石孔面积,孔体积和孔径虽然都有所减小,但是孔面积分布和孔体积分布都增大,同时对co2的吸附性能明显优有提示。(赵唯君,张华丽,严春杰,潘志权.乙醇胺和n,n-二甲基乙醇胺改性埃洛石对co2的吸附行为[j].武汉工程大学学报,2017,39(05):420-426.)

5、以上研究，均利用黏土矿物作为载体负载高性能吸附co2的碱性物质形成复合材料，多破坏黏土矿物原本的结构，这样的制备流程冗长且制备成本昂贵。没有利用黏土矿物的本身结构的优势，没有充分发挥黏土矿物作为地质封存co2的天然吸附剂的优势。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂及其制备方法。

2、本发明的一种高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于：将纯度不小于96％的高岭土在以5-10℃/min升温的马弗炉中并保温100-400℃持续一段时间，冷却至室温，取出样品高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂；所述高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂端面(020)、(-110)、(-1-11)、(-201)、(-131)和(-202)的相对织构系数(rtcs)之和>64。

3、进一步的，保温持续60min。

4、进一步的，将样品继续进行酸处理后用去离子水水洗至ph为中性，烘干，冷却至室温，取出后并充分研磨即得到粉末状样品。

5、进一步的，酸处理为将样品加入浓度为1-5m的盐酸，水浴搅拌反应。

6、进一步的，水浴搅拌反应温度为50-90℃，搅拌转速100-300r/min，反应6-12h。

7、进一步的，水浴搅拌反应温度为90℃。

8、进一步的，粉末状样品高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂的比表面积>13。

9、进一步的，在60-80℃烘箱中烘干6-12h。

10、一种如权利要求上述的制备方法制备的高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂。

11、本发明不破坏高岭土结构充分发挥黏土矿物的本身特征，通过简易的流程提高高岭土co2吸附性能。

12、本发明明确比表面积与端面暴露程度作为高岭土吸附二氧化碳性能作为判定依据，从而调控高岭土制备二氧化碳吸附材料，高岭土的比表面积越大，高岭土对二氧化碳产生物理吸附，高岭土的端面暴露程度代表更多的-oh可以对二氧化碳产生化学吸附-oh+co2→-hco3，并通过dft计算表明，二氧化碳与端面产生强氢键从而增加二氧化碳吸附量。

13、本发明采用热活化制备高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂提高主要端面暴露程度，采用热活化和酸处理制备高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂，提高主要端面暴露程度和比表面积。

14、本发明所制备的高纯度高岭土二氧化碳吸附剂具备高岭土的本征结构，并且主要端面(020)、(-110)、(-1-11)、(-201)、(-131)和(-202)的相对织构系数(rtcs)之和提高至>64，酸处理后比表面积＞13m2/g，且端面暴露程度和比表面积均可控。

15、本发明所制备的高纯度高岭土二氧化碳吸附剂较天然高岭土的二氧化碳吸附性能提高1-3倍。

技术特征：

1.一种高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于：将纯度不小于96％的高岭土在以5-10℃/min升温的马弗炉中并保温100-400℃持续一段时间，冷却至室温，取出样品高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂；所述高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂端面(020)、(-110)、(-1-11)、(-201)、(-131)和(-202)的相对织构系数rtcs之和>64。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：保温持续60min。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：将样品继续进行酸处理后用去离子水水洗至ph为中性，烘干，冷却至室温，取出后并充分研磨即得到粉末状样品。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：酸处理为将样品加入浓度为1-5m的盐酸，水浴搅拌反应。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：水浴搅拌反应温度为50-90℃，搅拌转速100-300r/min，反应6-12h。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：水浴搅拌反应温度为90℃。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：粉末状样品高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂的比表面积>13。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在60-80℃烘箱中烘干6-12h。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂。

技术总结本发明公开了一种高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂及其制备方法。本发明涉及二氧化碳吸附剂技术领域。制备方法为将纯度不小于96％的高岭土在以5‑10℃/min升温的马弗炉中并保温100‑400℃持续一段时间，冷却至室温，取出样品高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂；所述高纯度高岭土基二氧化碳吸附剂端面(020)、(‑110)、(‑1‑11)、(‑201)、(‑131)和(‑202)的相对织构系数(RTCs)之和>64。本发明所制备的高纯度高岭土二氧化碳吸附剂较天然高岭土的二氧化碳吸附性能提高1‑3倍。技术研发人员：杨华明,王志国,余梦涵,李坤,廖天棋,周思耀受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）技术研发日：技术公布日：2024/9/26