[发明专利]一种球状CSNS‑Amine纳米结构CO2吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及CO₂吸附剂的制备领域，具体涉及三种基体材料的制备方法和九种胺嫁接改性的吸附剂制备方法及其在CO₂吸附领域的应用。

背景技术

全球气候变暖已引起人们的广泛关注，CO₂作为最主要的温室气体，其主要来源是化石燃料燃烧，而燃煤电厂烟道气是主要的CO₂来源，因此电厂烟道气中CO₂的捕集与封存技术(CCS)将是稳定大气中CO₂浓度的重要手段。随着社会经济的快速发展，我国对电力的需求逐年增大，而且我国的能源结构目前还很难改变，因此CO₂排放量会不断增加，另一方面，CO₂可广泛应用于工业、商业、运输、医疗等各个领域，具有潜在的资源性。因此，如何高效、经济地捕集和回收CO₂，对达到CO₂的减排要求及我国燃煤发电的可持续发展有长远的意义。目前，CO₂捕集广泛使用的胺溶液吸收法存在腐蚀性强、能耗大、吸收剂易流失的缺点，而新型固体吸附剂具有能耗低、循环吸脱附性能稳定、操作条件简单等优点，成为一种极具潜力的CO₂捕集技术。

硅酸盐材料由于其结构特征（硅氧四面体，硅原子占据中心，四个氧原子占据四角），其化学性质稳定，熔点高，使其具有良好的热稳定性，并且介孔硅酸盐材料具备较高的比表面积和孔容，以及高的CO₂选择性，使其成为制备CO₂吸附剂的较好的载体。因为材料与CO₂间的分子作用力，硅酸盐的独特的结构特征还使得其对CO₂具有较高的物理吸附性能。

硅酸铜纳米球表面含有丰富的硅羟基，利于有机胺与其表面发生化学接枝，将含氨基的硅烷偶联剂嫁接到硅酸铜材料上，制备的固体胺吸附剂用于CO₂吸附，可以有效提高CO₂吸附量，并且化学接枝法制备的固体胺较浸渍法拥有更好的循环稳定性，使其具有良好的应用价值。

以SiO₂纳米胶体球为模板的外表面包覆硅酸铜纳米针状阵列的球状结构载体，不仅比表面积较大，而且可以在纳米针状阵列结构间镶嵌一定量的有机胺，可显著提高CO₂吸附量。

发明内容

针对浸渍法制备的CO₂吸附剂在吸脱附循环过程中胺大量流失导致CO₂吸附量降低，循环稳定性差等问题，本发明应用常规的氧化物、硝酸盐等材料，开发了低成本、操作简单的硅酸铜纳米针状阵列的球状结构载体材料，得到有机胺改性的CO₂吸附剂，增加了CO₂吸附含量，并且使其具备良好的循环稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：制备了一种球状CSNS-Amine纳米结构CO₂吸附剂。在此种具有球状纳米管结构的吸附剂中，球径大小可通过制备二氧化硅微球时加入的正硅酸乙酯含量进行调控，球壳大小、载体的不同比表面积、孔容可通过控制水热反应时间进行调变，所嫁接的胺可通过不同胺种类进行调控，负载后吸附剂N含量可通过改变相应胺的负载量进行调控。

本发明提供的球状CSNS-Amine纳米结构CO₂吸附剂的制备工艺过程，具体步骤是：

1）制备SiO₂纳米微球材料：

首先将5mL正硅酸乙酯溶解在20mL去离子水和260mL无水乙醇的混合物中，再将14mL氨水加入上述混合液中混合均匀，常温下机械搅拌反应3h；反应完成后，将乳白色液体在7000r/min下离心2min；将得到白色胶质水洗、乙醇洗后置于60℃下烘干；

2）制备CuSiO₃@SiO₂核壳结构载体和CuSiO₃纳米空心球(CSNS)载体：