[发明专利]一种适应中低浓度CO2

说明书

本发明公开了一种适应中低浓度CO₂高效捕集的方法与流程，该方法设计了一种新型的氨基改性的固体吸附剂，选用自然粘土矿物锂铝水滑石作为吸附剂研发的基体，同时在选用传统有机胺聚乙烯亚胺作为氨基负载化合物之外，还选用了氨基羧酸型离子液体作为氨基负载材料。该方法采用物理浸渍和化学接枝两种方法的协同作用进行氨基改性，提高了基体表面氨基活性位点，以此实现中低浓度CO₂的高效捕集。

技术领域

本发明属于高分子化学领域，更具体地为一种适应中低浓度CO₂高效捕集的方法与流程。第一步中通过化学接枝进行的氨基改性能够促进胺分子聚合物在载体材料表面的分散，从而增加了可用胺类的数量，另一方面，对于第二步中通过物理浸渍所引入的胺分子，在大多数情况下，吸附温度的升高通过对胺分子聚合物在载体材料表面的重新排序能有效提高吸附剂的CO₂吸附性能。

背景技术

随着人类对煤炭、石油和天然气等矿物燃料使用的逐步加深，CO₂排放已引起一系列环境问题和气候变化。自1951年以来，全球温度至少升高了0.8℃，并且这种升高一直持续到21世纪。与此同时，在过去的20年中，温室气体的排放量仍在显著增加。而随着全球变暖的持续加剧，也出现了一系列更为严重的问题。包括北极海冰覆盖面积的缩小，冰川体积的减少以及海平面上升等。由于这些原因，近年来，人们加大了减少其对环境影响的力度，采用了预防以及补救方法。预防策略与促进可再生能源和能源效率计划相关，而补救方法与目前产生大量CO₂工业化设施中的实施办法相关。

其中碳捕集与封存技术被提议作为一种有效减少CO₂排放量的新兴技术。因此开发和实施新颖且价格合理的技术解决方案以减少温室气体(即CO₂)的排放，是迈向基于化石燃料的可持续能源的重要一步。目前，用于高浓度CO₂的大规模点源的传统CO₂捕获方法已经成熟。但是，有关低浓度CO₂直接捕集技术的探究，包括从空气或密闭空间直接捕集仍在进行中。在典型的载人密闭空间(如海军潜艇，航天器，空间站和避难所)中，超出人体承受范围(2％)的CO₂浓度可能严重威胁机舱人员的健康和生命安全。针对低浓度CO₂捕获技术在密闭空间和大气中CO₂的排放方面引起了越来越多的关注。此外，CO₂捕集的核心是基于绿色吸附剂和捕集工艺的发展。

近年来，通过吸附法捕获CO₂是讨论最为广泛的技术之一，这一技术的潜在成本较低，应用较为方便，同时还避免了胺水溶液吸收CO₂的一系列缺点。在CO₂吸附技术中，吸附剂是所有吸附过程的基石，现如今已经开发出许多多孔固体吸附剂用于燃烧后CO₂的捕集过程。然而，一方面，这些固体吸附剂的CO₂吸附容量不够理想；另一方面，这些固体吸附剂对于操作环境要求较为苛刻；更为重要的是，由于它们对于较高浓度的CO₂捕集能力迅速下降。因此对于吸附法的关键是开发具有高吸附性和选择性的固体吸附剂。

为了提高中低浓度CO₂高效捕集的吸附剂性能，本文将突破传统的无机材料与有机胺相结合的模式，设计一种新型的氨基改性的固体吸附剂，选用自然粘土矿物锂铝水滑石作为吸附剂研发的基体，同时在选用传统有机胺聚乙烯亚胺作为氨基负载化合物之外，还选用了氨基羧酸型离子液体作为氨基负载材料，聚乙烯亚胺与氨基羧酸型离子液体具有协同作用，能够提高材料表明硅醇基团的含量，去除材料内的杂质离子和游离水分子，以此实现中低浓度CO₂的高效捕集。

因此，本发明对于提升CO₂的吸附能力，对于环境保护具有十分重要的意义。

发明内容