[发明专利]一种从烟道气中捕获二氧化碳的方法

说明书

本发明公开了一种从烟道气中捕获二氧化碳的方法，包括：以含阴离子的水热稳定的柱笼型金属‑有机框架材料为吸附剂，选择性地吸附烟道气中的二氧化碳。所述含阴离子的水热稳定的柱笼型金属‑有机框架材料的结构是由六配位的金属离子M与三齿含氮配体L配位形成笼型结构，再通过无机阴离子A连接形成交联柱笼型结构。本发明提供的方法能够高容量、高选择性地从烟道气中捕获二氧化碳，脱除深度高，吸附剂再生容易，且水热稳定性好。

技术领域

本发明涉及化工分离技术领域，具体涉及一种从烟道气中捕获二氧化碳的方法。

背景技术

近年来，随着经济的高速发展，化石燃料被广泛使用，排放了大量会造成温室效应的二氧化碳。随着人们对于全球气候环境的日益关注，国际上对于碳排放控制的呼声越来越高。对于控制碳排放量而言，工业中排放烟道尾气的处理尤为重要，烟道尾气中含有大量的CO₂，常规燃气、油、煤为燃料烟气的组成如下：N₂ 82％～89％，CO₂ 8％～15％，O₂ 3％～5％以及少量SO₂和接近饱和的水蒸气。

为解决这一难题，在过去的几十年中，研究人员制备了多种新型材料(活性炭、分子筛等)来捕捉酸性气体。但是由于这些传统吸附材料本身性质的制约，吸附容量普遍较低。金属有机框架材料(MOFs)是一类高度有序无机有机杂化晶体材料。由于其具有组成多样、孔径可调、高比表面积、内表面结构、性能可调节的优点，MOFs材料已成为传统二氧化碳吸附/吸收剂最有潜力的替代品。由于烟道尾气中含有大量N₂，因此应用于烟道尾气中CO₂捕获的材料需要考虑到在低压下对于CO₂有一个大容量且高选择性的吸附，且对于CO₂的吸附热应该适中，这样有利于材料的再生，另外，材料本身也应具有好的水热，酸气体稳定性。因此，研发一种MOF材料，能够高选择性高容量吸附CO₂且本身性质稳定，再生条件温和，是极其关键的地方。

公告号为CN 108384020 B的专利说明书公开了一种含未配位四氮唑基团的金属有机骨架及其合成方法和在热电厂烟道气中的二氧化碳捕获以及天然气纯化中的应用。

公告号为CN 109851810 B的专利说明书公开了一种硼烷阴离子超分子有机框架材料及其制备方法和在二氧化碳/甲烷的选择性吸附分离中的应用。

发明内容

本发明提供了一种从烟道气中捕获二氧化碳的方法，以含阴离子的水热稳定的柱笼型金属-有机框架材料(MOF)为吸附剂，具有优异的分离效果，另外采用的吸附剂脱附再生容易，成本较低，适合于工业应用。柱笼型金属有机框架材料由金属离子M、三齿含氮配体L、高配位数无机阴离子A通过配位键自组装形成。

一种从烟道气中捕获二氧化碳的方法，包括：以含阴离子的水热稳定的柱笼型金属-有机框架材料为吸附剂，选择性地吸附烟道气中的二氧化碳；

所述含阴离子的水热稳定的柱笼型金属-有机框架材料是由六配位的金属离子M与三齿含氮配体L配位形成笼型结构，再通过无机阴离子A连接形成交联柱笼型结构；

所述金属离子M为Cu²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Zn²⁺中的至少一种；

所述三齿含氮配体L选自以下L1～L6结构中的至少一种：

所述无机阴离子A选自SiF₆^2-、TiF₆^2-、GeF₆^2-、NbOF₅^2-、硼笼阴离子中的至少一种；

所述硼笼阴离子具有如下式(I)或(II)所示结构：