[发明专利]一种石墨基二氧化碳吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳吸附剂，尤其涉及一种石墨基二氧化碳吸附剂及其制备方法。

背景技术

近年来，全球变暖日益严重的影响了地球的生态环境和气候变化，包括植被的迁徙与物种灭绝，气候带移动，海平面上升和陆地淹没，洋流变化与厄尔尼诺频发等。这主要是由二氧化碳等温室气体的增温效应造成的。根据联合国气候变化政府间专家委员会的第四次评估报告，20世纪全球平均地表温度已增加0.6℃，海平面已上升0.1-0.2米，若再不采取措施，到2100年全球平均地面温度将比1990年增加1.4℃-5.8℃，海平面将上升0.09米-0.88米。这对于地势不高的沿海低洼地区及岛屿将造成严重威胁。我国在“十五”乃至更长的一个时期内，电源结构方面将继续维持燃煤机组的基本格局。作为二氧化碳排放大国，我国有义务对二氧化碳排放进行严格控制尤其是对燃煤电站二氧化碳排放的控制，这对解决或减缓全球气候变暖将产生积极的影响。

二氧化碳捕集和分离方法主要有溶剂吸收法、固体吸附法、膜分离法、深冷分馏法等。到目前为止，吸收法仍然是应用最广泛的二氧化碳分离方法。其中液态溶剂吸收法-再生工艺较为成熟并得到工业应用，液胺吸收剂具有热稳定性、高表面张力，但是存在投资、运行费用高，设备、管线易腐蚀，吸附剂再生能耗大以及吸收剂本身的毒性等缺陷。

固体吸附法主要利用固态吸附剂对原料混合气体中二氧化碳的可逆吸附作用来分离回收二氧化碳。目前的固体吸附剂一般是通过浸渍法将有机胺负载到载体水滑石类、活性炭、沸石分子筛类等的表面。虽然其操作方法简单，但是不耐高温，如果在高温条件下使用，吸附剂再生时胺易挥发或降解，使其吸收能力下降，即稳定性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有吸附剂的不足，提供一种吸附能力稳定、且对设备腐蚀性小的石墨基二氧化碳吸附剂及其制备方法。

为解决本发明提出的技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种石墨基二氧化碳吸附剂，它包括石墨基材料及键和于所述石墨基材料表面的多胺类物质。

上述方案中，所述的石墨基材料为鳞片石墨、膨胀石墨、碳纳米管、富勒烯、或石墨烯中的任意一种或两种以上的混合，混合时为任意比例混合。

上述方案中，所述的多胺类物质包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺、或聚烯丙胺中的任意一种或两种以上的混合，混合时为任意比例混合。

上述方案中，所述聚乙烯亚胺的重均分子量为600-70000，所述聚烯丙胺的重均分子量为500-5000。

一种石墨基二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

1)将质量比为1∶10-100的石墨基材料和氧化剂加入到反应器内，在30-100℃的条件下搅拌反应1-48小时，结束后冷却至室温，加蒸馏水稀释过量的氧化剂，过滤并干燥，即可得到表面功能化的石墨基材料；

2)采用下述二种方案之一制备：

按表面功能化的石墨基材料∶水∶多胺类物质∶催化剂的质量比为1∶10-100∶0.1-2∶0.001-0.1备料；将所述表面功能化的石墨基材料分散于水中，加入多胺类物质，在30-80℃的条件下加入催化剂反应1-48小时，反应结束后冷却至室温，过滤洗涤并干燥，即可得到石墨基二氧化碳吸附剂，或者

按表面功能化的石墨基材料∶水∶多胺类物质的质量比为1∶10-100∶0.1-2备料；将所述表面功能化的石墨基材料分散于水中，加入多胺类物质，在30-80℃的条件下超声反应1-48小时，反应结束后冷却至室温，过滤洗涤并干燥，即可得到石墨基二氧化碳吸附剂。

上述方案中，还包括在所述的步骤(2)之后加入水，形成湿态石墨基二氧化碳吸附剂的步骤。

上述方案中，所述的石墨基材料为鳞片石墨、膨胀石墨、碳纳米管、富勒烯、或石墨烯中的任意一种或两种以上的混合，混合时为任意比例混合。

上述方案中，所述的多胺类物质包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺、或聚烯丙胺中的任意一种或两种以上的混合，混合时为任意比例混合，所述聚乙烯亚胺的重均分子量为600-70000，所述聚烯丙胺的重均分子量为500-5000。

上述方案中，所述的催化剂为N，N′-二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、或N-羟基丁二酰亚胺。

上述方案中，所述的氧化剂为浓硝酸或浓硫酸中的一种或两种的混合，两种混合时为任意比例混合。