固态胺蜂窝吸附剂及其制备方法和应用与流程

本申请属于固态胺吸附剂制备，具体涉及一种固态胺蜂窝吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、碳捕集的利用与封存技术(ccus)普遍认为是缓解全球变暖和气候变化的关键技术。碳捕集技术主要将co2从主要由n2、co2、h2o及其杂质组成的混合气气流中分离出来，形成高浓度co2产品气。常见的吸附剂有活性炭、硅胶、固态胺、碱金属碳酸盐、沸石、有机金属骨架等。其中，固态胺具有高的co2吸附容量、良好的选择性、快速的吸附和解吸速率以及低温差再生等优点，非常适用于吸附法co2捕集的吸附剂。

2、目前，固态胺吸附剂的制备工艺是先制备多孔材料作为基材，再通过浸渍法在多孔材料表面及孔道内负载有机胺，得到固态胺吸附剂。然而，现有技术中的固态胺吸附剂选用的基材为二氧化硅、氧化铝等颗粒粒径较小，制备得到的固态胺吸附剂容易受混合气体的气流影响而发生团聚、粉尘飞扬、压阻过大的现象，并不能广泛适用于吸附塔固定床和流化床。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本申请提出一种固态胺蜂窝吸附剂及其制备方法和应用。所述制备方法将有机胺通过一步法负载在蜂窝基材上，实现有机胺的均匀负载和深层浸渍，简化了材料制备步骤。

2、本申请是通过以下技术方案实现的：

3、本申请的目的之一在于提供一种固态胺蜂窝吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

4、将蜂窝载体与有机胺混合溶液经负载处理后进行合成反应，再进行除杂后干燥，得到固态胺蜂窝吸附剂；

5、其中，所述有机胺混合溶液包括：有机胺、硅烷、表面活性剂和有机溶剂。

6、本申请提供的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法先将含有机胺的溶液浸渍到所述蜂窝载体上，再将负载有所述有机胺混合溶液的蜂窝载体进行合成，该方法可以一步法制备得到所述固态胺蜂窝吸附剂，一步法可以将有机胺均匀地负载在所述蜂窝载体上。

7、在一些可能的实现方式中，所述表面活性剂、有机溶剂和硅烷的物质的量比为：1:(400～10000):(10～1000)。

8、进一步地，所述硅烷在所述有机胺混合溶液中的浓度为0.1mol/l～100mol/l。在这个浓度范围下，硅烷可以在碱性溶液的催化作用下充分水解并缩聚成核为二氧化硅。

9、在一些可能的实现方式中，所述有机胺包括乙二胺、单乙醇胺、二乙醇胺、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚烯丙胺、氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯亚胺-三甲氧基硅烷、酰胺、四乙烯五胺、二乙烯三胺、二乙基二氨基乙烷、苯磺酸、甲磺酸、对甲苯磺酸中的一种或两种以上。

10、在一些可能的实现方式中，所述硅烷包括三乙氧基甲硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上。

11、在一些可能的实现方式中，所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、苯扎氯铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、季铵盐、双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、四乙基溴化铵、氯化十六烷基吡啶、十六烷基三甲基氢氧化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种或两种以上。

12、在一些可能的实现方式中，制备所述有机胺混合溶液包括步骤：将所述表面活性剂与有机溶剂和有机硅烷的混合体系进行第一混合处理，得到混合溶液；将所述混合溶液和有机胺进行第二混合处理，得到所述有机胺混合溶液。

13、进一步地，所述混合溶液和有机胺的质量比为10：(1～100)。在这个质量比范围下，由于混合溶液为硅胶合成溶液，有机胺在硅胶合成过程中，加入该质量比范围，可以使合成的硅胶颗粒有效负载有机胺且不会过少或过量负载。

14、在一些可能的实现方式中，所述负载处理步骤包括：在室温或水浴加热的条件下，将所述蜂窝载体在于浸没在所述有机胺混合溶液中，浸没时间为1min～2h，浸没后晾干，得到固态胺蜂窝吸附剂前驱体。

15、在一些可能的实现方式中，所述合成反应步骤包括：在室温或水浴加热(优选水浴温度为60℃～100℃)的条件下，将所述固态胺蜂窝吸附剂前驱体与碱性溶液混合反应，混合反应时间10min～4h，得到湿态蜂窝吸附剂。其中，所述混合反应使所述有机胺在所述蜂窝载体上完成合成，合成后得到硅胶基固态胺；当在室温条件下混合反应时，需要的混合反应时间为1h～4h；当在水浴加热(优选水浴温度为60℃～100℃)条件下混合反应时，反应时间缩短，一般为10min～2h。

16、进一步地，所述固态胺蜂窝吸附剂前驱体与所述碱性溶液质量比为1：(1～10)。

17、在一些可能的实现方式中，所述干燥步骤采用真空、冷冻、惰性气体保护干燥中的一种干燥所述湿态蜂窝吸附剂。其中，当采用真空干燥所述湿态蜂窝吸附剂时，将所述湿态蜂窝吸附剂置于干燥炉中进行加热，干燥温度为50℃～100℃，干燥时间为1h～10h，炉内压力小于100pa；当采用冷冻方式干燥所述湿态蜂窝吸附剂时，将所述湿态蜂窝吸附剂置于冷冻干燥箱中，干燥温度为-80℃～0℃，干燥时间为1h～10h，干燥箱内压力小于5pa(即真空，低氧)；当若采用惰性气体(ar、n2、he)保护干燥时，惰性气体温度为50℃～100℃，干燥时间为1h～10h，气体流量2l/min～20l/min。在这种情况下，低温干燥可以保证有机胺的结构完整性和不会因高温而挥发；并且，干燥可以除去吸附剂网状结构中的填充的部分碱性溶液和有机溶剂，并且保护了有机胺在干燥过程中不会挥发且不被空气中的氧气氧化，提高了产品纯度。

18、本申请的目的之二在于提供一种本申请实施例提供的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法制备得到的固态胺蜂窝吸附剂，所述固态胺蜂窝吸附剂包括蜂窝载体、硅胶和有机胺；所述有机胺负载在所述硅胶表面和所述蜂窝载体的孔道中，形成固态胺；

19、所述固态胺的负载量为50kg/m3～200kg/m3。

20、本申请提供的固态胺蜂窝吸附剂，有机胺负载在硅胶表面和蜂窝载体的孔道中，在吸附co2的同时，也起到硅胶颗粒之间的桥接作用；有机胺和硅胶表面的硅醇基可以氢键结合，也可以通过与硅醇基反应生成共价键，使固态胺蜂窝吸附剂具有较好的稳定性。在90℃下对二氧化碳的饱和吸附量可以达到152mg/g。

21、本申请的目的之三在于提供一种本申请提供的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法制备得到的固态胺蜂窝吸附剂或本申请提供的固态胺蜂窝吸附剂在碳捕集技术领域中的应用。

技术特征：

1.一种固态胺蜂窝吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂、有机溶剂和硅烷的物质的量比为：1:400～10000:10～1000。

3.根据权利要求1所述的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法，其特征在于，所述硅烷在所述有机胺混合溶液中的浓度为0.1mol/l～100mol/l。

4.根据权利要求1所述的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法，其特征在于，制备所述有机胺混合溶液包括步骤：

5.根据权利要求4所述的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液和有机胺的质量比为10:1～100。

6.根据权利要求1所述的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法，其特征在于，所述负载处理步骤包括：在室温或水浴加热的条件下，将所述蜂窝载体在于浸没在所述有机胺混合溶液中，浸没时间为1min～2h，浸没后晾干，得到固态胺蜂窝吸附剂前驱体。

7.根据权利要求6所述的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法，其特征在于，所述合成反应步骤包括：在室温或水浴加热的条件下，将固态胺蜂窝吸附剂前驱体与碱性溶液混合反应，混合反应时间10min～4h，得到湿态蜂窝吸附剂。

8.根据权利要求7所述的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法，其特征在于，所述固态胺蜂窝吸附剂前驱体与所述碱性溶液质量比为1:1～10。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法制备得到的固态胺蜂窝吸附剂，其特征在于，所述固态胺蜂窝吸附剂包括蜂窝载体、硅胶和有机胺；所述有机胺负载在所述硅胶表面和所述蜂窝载体的孔道中，形成固态胺；

10.一种如权利要求1～8任一项所述的固态胺蜂窝吸附剂的制备方法制备得到的固态胺蜂窝吸附剂或如权利要求9所述的固态胺蜂窝吸附剂在碳捕集技术领域中的应用。

技术总结本申请属于固态胺吸附剂制备技术领域，具体涉及一种固态胺蜂窝吸附剂及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：将蜂窝载体与有机胺混合溶液经负载处理后进行合成反应，再进行除杂后干燥，得到固态胺蜂窝吸附剂；其中，所述有机胺混合溶液包括：有机胺、硅烷、表面活性剂和有机溶剂。该方法可以一步法制备得到所述固态胺蜂窝吸附剂，一步法可以将有机胺均匀地负载在所述蜂窝载体上。技术研发人员：李子宜,王聪,孙宁起,杨雄,刘应书受保护的技术使用者：中科汇智（东莞）设备科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29