[发明专利]一种笼形二氧化碳吸附材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集与储存领域，具体涉及一种二氧化碳吸附介质，特别涉及一种价格便宜、高选择性、大吸附量的二氧化碳笼形吸附介质的制备方法及应用。

背景技术

近年来，“温室效应”引起的气候变化己经成为全球关注的环境问题之一。人类活动产生的大量温室气体排放是造成气候变暖的主要原因，其中二氧化碳是主要的温室气体之一。工业革命以来，随着经济的发展，全世界总排放量也迅速增加，导致气候变暖效应越来越显著，减少温室气体的排放对于控制全球温度增长，防止极端气候发生具有重要意义。从京都议定书的签订到德班会议的召开，发达国家对温室气体排放量的削减做出了明确规定，包括我国在内的发展中国家也相应的制定了削减温室气体排放的自我约束目标。

随着我国经济增长速度不断加快，以及工业化水平的显著提高，带来了巨大的能源消耗，随着而来引发了一系列环境问题。面对巨大的减排压力，2011年12月，国务院出台了《“十二五”控制温室气体排放工作方案》，明确指出“控制温室气体排放是我国积极应对全球气候变化的重要任务，对于加快转变经济发展方式、促进经济社会可持续发展、推进新的产业革命具有重要意义，并明确了到2015年实现全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2010年下降17%的目标”。因此，以二氧化碳为代表的温室气体的排放控制与处置利用技术，是我国今后“十二五期间”一个重要的发展方向。

二氧化碳等温室气体的排放主要来源于传统能源的燃烧过程,而烟道气是工业生产过程中的主要排放形式，对工业过程中烟道气中的二氧化碳进行捕集和分离是实现减排目标的一个重要途径。因此，对烟道气中的二氧化碳进行捕集和分离，已经成为各国环境治理的一个重要研究课题。

目前，烟道气中的二氧化碳脱除技术主要有溶剂吸收法和吸附法等。其中液态胺溶液吸收，是工业生产中脱除二氧化碳的常见方法，常用的有一乙醇胺、二乙醇胺等醇胺溶液等液胺吸收剂。经过不断发展，液态胺吸收技术比较成熟，吸收效果较好，但是却存在设备容易腐蚀、吸收剂再生能耗大和容易被氧化降解等难以解决的问题。相比较而言，吸附法是一种极具前景的新型分离技术。IPCC在《关于二氧化碳捕获和封存的特表报告》中指出“采用吸附技术的全工业化工艺设计是可行的”。目前，采用新型的多孔固体吸附剂对二氧化碳进行分离和捕集己经成为国内外一个热门的研究方向。

美国宾州州立大学能源所Song Chunshan教授课题组，在2001年制备出一种新型复合吸附材料，并形象的提出了“分子篮”概念。该复合材料是将有机胺材料负载在分子筛多孔介质的孔道内部。其1克吸附材料最大可吸附133毫克二氧化碳。此后，该材料经过了一系列发展，采用了多种多孔介质作为其复合材料的载体。其中分子筛因为具有较大的孔径和比表面积，引起了研究者广泛的关注，如SBA-15，SBA-16，KIT-6，MCM-41等。虽然该固体复合吸附材料具有良好的吸附性能，但是目前大部分此类材料所用的基体材料分子筛，其制备过程复杂，且材料成本较高，以及制备过程带来的环境污染等问题。这些问题都制约着胺基功能化固体吸附材料的大规模工业化应用。

因此，有必要开发一种低成本、高选择性、二氧化碳吸附能力良好的固体吸附材料。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种新型笼形二氧化碳吸附材料的制备方法，该方法是使用低成本的蒙脱石作为笼形吸附材料的基体材料，经过酸化改性形成多孔孔道，在其孔道内部负载有机胺聚合物；该法成本低，制备工艺简单。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的笼形二氧化碳吸附材料。

本发明的再一目的在于提供上述笼形二氧化碳吸附材料的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种笼形二氧化碳吸附材料的制备方法，包括以下操作步骤：

（1）蒙脱石酸化改性：将10～20g蒙脱石加入100mL硫酸溶液中，置于带有冷凝回流的反应装置中，加热到90～110℃，然后搅拌4个小时；将所得混合溶液用去离子水浸泡，然后过滤；重复洗涤和过滤，将残留的酸液去除；然后将过滤后的滤饼放入烘箱，加热到100℃，烘干12小时，得到酸化改性的蒙脱石；

（2）笼形二氧化碳吸附材料的制备：将0.3～4.5g聚乙烯酰胺溶于40mL甲醇中，在25℃搅拌2小时后，加入3g步骤（1）所得酸化改性的蒙脱石，继续搅拌6小时后，在40℃的温度下，蒸发去除甲醇；最后将所得样品在60℃下干燥6小时，冷却后得到的样品即为笼形二氧化碳吸附材料。