[发明专利]一种复合二氧化碳吸附材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化碳吸附剂的制备领域，具体涉及一种复合二氧化碳吸附材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，化石燃料利用的不断增长，导致CO₂排放量的不断增大。在过去250年间，大气中的CO₂浓度从工业革命前的280ppm增加到2010年的390ppm，尤以近50年来增长最为迅速。其过度排放已经引起全球变暖，严重影响了地球的生态环境和气候变化。因此，CO₂减排也已经成为一个刻不容缓的议题。开发低碳新能源及提高现有能源利用效率都是CO₂减排的有效途径，而CO₂捕获与分离技术无疑是一种有效的减少CO₂排放的技术。

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，溶剂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。液胺吸收剂具有高热稳定性、高表面张力，吸附容量大的优点，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水滑石类、活性炭、沸石分子筛类等载体的表面。

金属-有机骨架材料(MOFs,Metal-Organic Frameworks)是指过渡金属离子与有机配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体多孔材料。它具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点，在气体存储、药物载体、分子识别和催化等领域具有广泛的潜在用途。

但MOFs在作为二氧化碳吸附剂使用时，均需要在中、高压下进行，而在常压下对CO₂的吸附和分离能力均较弱。

MOF-74在3600KPa下其二氧化碳吸附量为15.86mmol/g(Dietzel,P.D.C.；Besikiotis,V.；Blom,R.J.Mater.Chem.2009,19,7362)，而在100KPa下为6.25mmol/g(Bao,Z.；Yu,L.；Ren,Q.；Lu,X.；Deng,S.J.Colloid Interface Sci.2011,353,549)，而在烟道气中二氧化碳浓度为15％时，其吸附量仅为0.42mmol/g(Mason,J.A.；Sumida,K.；Herm,Z.R.；Krishna,R.；Long,J.R.Energy Environ.Sci.2011,4,3030)；同样的情况出现在MIL-53，在2500KPa下，吸附量为6.95mmol/g(Bourrelly,S.；Llewellyn,P.L.；Serre,C.；Millange,F.；Loiseau,T.；F_erey,G.J.Am.Chem.Soc.2005,127,13519)，100KPa下为2.41mmol/g(Arstad,B.；Fjellv_ag,H.；Kongshaug,K.O.；Swang,O.；Blom,R.Adsorption2008,14,755)，而二氧化碳浓度为15％时，吸附量仅仅为0.39mmol/g(Arstad,B.；Fjellv_ag,H.；Kongshaug,K.O.；Swang,O.；Blom,R.Adsorption2008,14,755)。

针对烟道气中二氧化碳的吸附，要求吸附剂可以在常压下即对CO₂具有较高的吸附容量，因此，设计一种可以在常压条件下具有较高吸附容量且选择性较好的吸附剂具有重要的意义。

发明内容

本发明通过了一种复合二氧化碳吸附材料，以原位合成的MOFs-石墨基材料为载体，载体结合了MOFs的微孔结构和石墨基材料的介孔结构，再通过负载有机胺，实现物理吸附和化学吸附共同作用，在中低温吸附储存二氧化碳，在一定条件下实现吸附剂的再生重复利用。所述的复合二氧化碳吸附材料对二氧化碳具有较好的吸附容量、较高的选择性和循环稳定性，且可克服有机胺易挥发、易腐蚀设备的缺点，满足工业处理的要求。

本发明公开了一种复合二氧化碳吸附材料，包括原位合成的MOFs-石墨基复合材料，和负载于MOFs-石墨基复合材料上的有机胺，所述MOFs-石墨基复合材料和有机胺的质量比为0.1～10:1。