[发明专利]固态胺吸附剂及其制备方法和包含其的CO2

说明书

本发明提供了一种固态胺吸附剂及其制备方法和包含其的CO₂吸附组件，所述固态胺吸附剂包括中空纤维以及负载在中空纤维内表面的有机胺。中空纤维具有方便可调的孔隙结构，可以容纳不同结构、不同分子大小的引入基团，使可选的有机胺范围更广；中空纤维具有的指状多孔层中规则的指状结构使有机胺能够均匀地分布在孔道内形成有机胺薄膜，可大大提高CO₂吸附反应的表面积，显著提高CO₂的脱除速度。

技术领域

本发明属于气体净化技术领域，涉及一种固态胺吸附剂及其制备方法和包含其的CO₂吸附组件。

背景技术

在载人空间站、潜艇、深潜器等密闭空间环境中，清除CO₂是维持系统正常运转的必需环节，同时，复杂的工况要求去除CO₂技术必须具备高效、安全、稳定的特点外，还必须具有体积小、重量轻、能耗低、可再生以及操作维护简便等特点。目前，密闭空间中CO₂脱除技术主要有：金属化合物吸收法、分子筛吸附法、胺吸收法、膜分离法等；以氢氧化锂和超/过氧化物吸收技术为代表的金属化合物吸收法技术成熟，其优点是体积小、质量轻、成本较低、工作性能可靠，但由于该方法属于非再生式CO₂去除技术，限制了其应用。分子筛对 CO₂的吸附主要是物理吸附，具有再生性，但其再生寿命短、吸附率较小、水汽影响大，需要预处理装置，导致吸附装置体积、质量和能耗较大。胺吸收法是使CO₂与乙醇胺类吸收液发生化学反应以达到脱除CO₂的目的，该方法虽然吸收效果好，但不易再生，需要不断补充吸收剂，且体积和能耗大，并存在腐蚀、泄漏、挥发等安全问题。膜分离技术主要有支撑液膜、促进传递膜、膜吸收等，但主要用于烟道气和天然气中CO₂的去除和燃烧前捕捉，并不适应于低浓度CO₂的脱除，且技术不成熟，安全性、稳定性、选择性均有待提高。

基于有机胺修饰多孔材料的固体吸附剂(统称为固态胺)是一种新兴的CO₂捕集技术，有机胺的引入可以大幅度提高CO₂的吸附能力，它可以与CO₂可逆地形成氨基甲酸盐或者碳酸氢盐，并通过加热或真空实现可逆再生，不仅可以应用于高浓度CO₂的分离，也可以应用于低浓度CO₂分离。由于固态胺具有效率高、可再生、操作简单、控制浓度低等优点，是一种非常有竞争力的密闭空间CO₂去除技术，自20世纪70年代起，美国和前苏联等国家已将固体胺应用于载人航天器和潜艇用以控制CO₂浓度。传统上制备固态胺的多孔材料主要有介孔硅、沸石分子筛和活性炭等，这些多孔材料不仅是固态胺吸附剂的“骨架”，也提供了CO₂吸附反应的界面，因而对多孔材料结构提出了严格的要求，不仅需要有大的氨基负载量，而且需要有高的比表面积，以提高CO₂脱除速度， CN102343254A公开了一种常温CO2固态胺吸附剂及其制备方法，为经液态有机胺改性的碳纳米管，其中碳纳米管的重量百分含量为50-70％，有机胺的重量百分含量为30-50％，可在常温下吸附CO₂，且能耗小，但是碳纳米管密度较小，应用时体积过大，使其应用受到了限制；CN105195113A公开了一种室温捕捉低浓度CO₂用固态胺吸附剂及其制备方法和应用，吸附剂为经液态有机胺和表面活性剂溶解到有机溶剂中，加入大孔吸附树脂在旋转仪上反应一段时间，使有机胺及表面活性剂浸渍到树脂载体的孔道结构中，然后除去溶剂得到固态胺吸附剂，虽然能耗低，再生条件温和，但是当有机胺负载量过大时，会减少大孔材料的孔隙率，进而影响CO₂的吸附速率且导致吸附效率较差。

目前需要一种新的固态胺吸附剂可满足对低浓度CO₂的吸附要求，且吸附效率高，占地面积小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固态胺吸附剂及其制备方法和包含其的CO₂吸附组件。