[发明专利]低共熔离子液体/分子筛复合材料在捕获CO2

说明书

本发明公开了低共熔离子液体/分子筛复合材料在捕获CO₂中的应用。采用低共熔离子液体为气体捕获与束缚材料，分子筛为支撑材料及气体吸附材料，低共熔离子液体与分子筛材料结合得到的YCTC‑3复合材料，能应用于碳达峰、碳中和领域，本发明与现有技术相比优点为：(1)原材料易得，操作过程简单，对设备要求不高；(2)制备的YCTC‑3复合材料较公开报道的其它CO₂气体吸附材料的效果有显著进步，可用于双碳经济等领域；(3)复合材料回收方便、可重复使用，环境友好且容易工业放大。

技术领域

本发明涉及一种基于分子筛材料与低共熔离子液体构建的复合材料，在自然温度条件下捕获、吸收CO₂气体的应用方法，属于碳达峰、碳中和、新材料领域。

背景技术

碳中和是企业、团体或个人测算在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的零排放。

现有CO₂废气主要治理方法按照净化作用原理、途径的不同有多种技术路线，其中吸收和吸附是碳捕获的重要手段，这两类是目前操作相对方便、应用较广的方法，吸附法主要是利用有机胺等碱性吸收材料、吸附剂来吸附大气中的CO₂，由于吸附容量小，故该法仅适用于CO₂浓度低、气量小的废气处理；吸收法是用水或碱、盐的水溶液来吸收废气中的碳氧化合物，使废气得以净化。

分子筛在气体吸附、分离方面已公开报道（Yu Zhou, Jianlin Zhang, Lei Wang,Xili Cui, Xiaoling Liu, Sie Shing Wong, Hua An, NingYan, Jingyan Xie, CongYu, Peixin Zhang, Yonghua Du, Shibo Xi, Lirong Zheng, Xingzhong Cao, YajingWu, Yingxia Wang, ChongqingWang, Haimeng Wen, Lei Chen, Huabin Xing, JunWang. Science 373, 315–320 (2021)），离子液体在气体吸附方面也有所应用，但只是单独应用于气体的吸收分离，而在CO₂气体吸收方面运行效果、可拓展性等方面还有进一步提高的空间。

发明内容

本发明的目的是提出一种低共熔离子液体/分子筛复合材料在捕获CO₂中的应用方法，采用低共熔离子液体DES为气体捕获与束缚材料，分子筛为骨架支撑材料及气体吸附材料，低共熔离子液体与分子筛材料结合得到的YCTC-3复合材料，在碳达峰、碳中和领域中用于CO₂之诱导、捕获、封存。

实现本发明目的的技术解决方案是其中，采用低共熔离子液体DES为气体捕获与束缚材料，分子筛为骨架支撑材料及气体吸附材料，低共熔离子液体与分子筛材料结合得到的YCTC-3复合材料，在碳达峰、碳中和领域中用于CO₂之诱导、捕获、封存；低共熔离子液体DES是由氢键受体与氢键供体混合而成；分子筛是孔径0.33 nm，在水中pH ≤ 11的4A(钠A型)、5A(钙A型)、10Z(钙Z型)、13Z(钠Z型)、Y(钠Y型)、钠丝光沸石型的任意一种；复合材料YCTC-3的构建具体步骤如下：

方法一：将一定量的分子筛、一定量的DES的氢键受体（或者是氢键供体）、一定量的去离子水依次加入到反应釜中，常温常压条件下搅拌1~2 h后，然后进行程序升温，升温速率为1 ℃ /min，升温到40~70 ℃，保温并继续搅拌8 h，然后搅拌条件下自然冷却到常温，加入一定量的氢键供体（或者是氢键受体，与另一个DES的原料相对），再进行程序控升温，升温速率0.5 ℃ /min，缓慢升温到40~70 ℃，恒定温度继续搅拌8~15 h后停止搅拌自然冷却到常温放置过夜，所得混合物经简单过滤或者抽滤，固体产品在100 ℃下真空干燥2h得到复合材料YCTC-3；其中，DES的负载量是分子筛质量的10~20 %。