CN114700043A - 一种co2吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种CO2吸附剂及其制备方法，其中，所述CO2吸附剂包括多孔载体及有机胺，所述有机胺以寡层负载在所述多孔载体的表面及孔道中。本申请实施例所提供的CO2吸附剂能够充分发挥有机胺的吸附性能，使得本申请中的CO2吸附剂在常温环境下即可以实现对低浓度CO2的有效吸附。

Description

一种CO2吸附剂及其制备方法
技术领域
本申请涉及气体分离、气体净化和材料化学技术领域，特别是涉及一种 CO2吸附剂及其制备方法。
背景技术
当前建筑节能一般采用被动房来降低能耗，但其新风能耗的节能措施并不理想。
针对上述问题，虽然可以通过CO2吸附剂对室内CO2等气体污染物的吸脱附循环净化技术，降低室外取风量，提高室内再生空气的利用率，从而实现降低新风能耗的目的。
但是，现有CO2吸附剂的制备过程需要将有机胺先溶解于有机溶剂，将载体在胺溶液中浸渍，然后经长时间干燥，制备过程复杂且耗时，不利于大规模生产；同时，现有的CO2吸附剂的应用条件中吸附温度过高、原料气 CO2浓度过高且空速低，因而不适用于室内空气中CO2吸附脱除的应用场景。
因此，现有技术还有待改进。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种CO2吸附剂及其制备方法，以解决现有技术中所制备的CO2吸附剂不适于吸附室内低浓度CO2的技术问题。
为了解决上述问题，本申请是通过如下技术方案实现的：
本申请提出了一种CO2吸附剂，其中，包括多孔载体及有机胺，所述有机胺以寡层负载在所述多孔载体的表面及孔道中。
进一步地，所述的CO2吸附剂中，所述有机胺为聚乙烯亚胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二乙醇胺中的任意一种或几种。
进一步地，所述的CO2吸附剂中，所述多孔载体为钠基膨润土、钙基膨润土、硅藻土、蒙脱土、高岭土、二氧化硅中的任意一种或几种。
进一步地，所述的CO2吸附剂中，所述多孔载体与有机胺的质量比为1:5～1:2。
进一步地，所述的CO2吸附剂中，所述多孔载体上还负载有分散剂。
进一步地，所述的CO2吸附剂中，所述分散剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇中的任意一种或几种。
进一步地，所述的CO2吸附剂中，所述有机胺和所述分散剂的质量比为 1:9～9:1。
进一步地，所述CO2吸附剂是粒径为12～30目的颗粒。
本申请提出了一种如上述的CO2吸附剂的制备方法，其中，包括：
提供包括有机胺与多孔载体的混合物；
将所述混合物进行造粒，制得CO2吸附剂。
进一步地，所述的方法中，将所述混合物进行造粒，包括：
利用干法造粒机将所述混合物进行造粒。
与现有技术相比，本申请包括以下优点：
本申请中的CO2吸附剂包括多孔载体及有机胺，有机胺以寡层负载在所述多孔载体的表面及孔道中；其中，多孔载体具有较大的比表面积，能够负载较多用于吸附CO2的有机胺，同时，有机胺以寡层负载在所述多孔载体的表面及孔道中，能够使得有机胺更充分地分散，因而充分发挥有机胺的吸附性能，使得本申请中的CO2吸附剂在常温环境下即可以实现对低浓度CO2的有效吸附。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1是本申请实施例所提供的CO2吸附剂的制备方法流程示意图；
图2是本申请实施例所制备的CO2吸附剂的CO2吸附曲线。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
本申请实施例提供的一种CO2吸附剂，其中，包括多孔载体及有机胺，所述有机胺以寡层负载在所述多孔载体的表面及孔道中。
本申请中的CO2吸附剂中，有机胺均匀分散在所述多孔载体的表面及孔道中；其中，多孔载体具有较大的比表面积，能够负载较多用于吸附CO2的有机胺，同时，有机胺以寡层负载在所述多孔载体的表面及孔道中，能够使得有机胺更充分地分散，因而充分发挥有机胺的吸附性能，使得本申请中的CO2吸附剂在常温环境下即可以实现对低浓度CO2的有效吸附，因而适于吸附室内低浓度CO2。
可选地，上述载体的孔道能够容纳单个或者若干个有机胺分子，使得有机胺以单层或寡层负载在所述多孔载体的孔道中，也即使得有机胺能够完全分散负载在多孔载体，从而更充分地与空气中的CO2接触并对其进行吸附，提升CO2吸附剂的低温吸附性能。
具体地，上述有机胺可以为聚乙烯亚胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二乙醇胺中的任意一种或几种。
上述以二氧化硅为主要成分的多孔载体，具体可以为钠基膨润土、钙基膨润土、硅藻土、蒙脱土、高岭土中的任意一种或几种。
进一步地，在上述CO2吸附剂中，多孔载体与有机胺的质量比为1:5～1:2。其中，有机胺过少容易造成孔道闲置，无法保证吸附剂的吸附性能；有机胺过多则容易造成有机胺堆叠、有机胺无法充分分散，制约吸附功能团吸附功能的发挥；而上述质量比使得有机胺可以充分、均匀负载在多孔载体的孔道上，提升吸附剂的单位吸附性能。
可选地，上述CO2吸附剂中，在多孔载体上还负载有分散剂，在该分散剂的作用下，有机胺的分散度得以显著提升，使得有机胺能够均匀分散负载在多孔载体上。
可选地，上述分散剂可以为聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇中的任意一种或几种，不仅能够有效提高有机胺在多孔载体上分散度，还能够提高有机胺的吸脱附性能。
可选地，在本申请所提供的CO2吸附剂中，有机胺和上述分散剂的质量比为1:9～9:1，不仅能够将有机胺充分、均匀分散负载在多孔载体上，还避免了分散剂的无效堆叠、浪费，更避免了分散剂过多占据有机胺的活动空间，进而对有机胺吸附CO2造成阻碍。
可选地，上述CO2吸附剂是粒径为12～30目的颗粒，例如为12～30目的球状颗粒，可以增大吸附剂的比表面积，使得单位体积的吸附剂具有更多的有机胺，从而进一步增强CO2吸附剂对CO2的吸附性能。
本申请实施例提供的一种CO2吸附剂的制备方法，如图1所示，包括步骤101～步骤102：
步骤101、提供包括有机胺与多孔载体的混合物。
该步骤中，将有机胺与多孔载体充分搅拌为混合物，使得有机胺物在载体上均匀、充分负载。其中，多孔载体具有较大的比表面积，能够负载较多用于吸附CO2的有机胺，同时，有机胺以寡层负载在所述多孔载体的表面及孔道中，能够使得有机胺更充分地分散，因而充分发挥有机胺的吸附性能，使得本申请中的CO2吸附剂在常温环境下即可以实现对低浓度CO2的有效吸附，因而适于吸附室内低浓度CO2。
具体地，上述有机胺可以为聚乙烯亚胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二乙醇胺中的任意一种或几种。
上述以二氧化硅为主要成分的多孔载体，具体可以为钠基膨润土、钙基膨润土、硅藻土、蒙脱土、高岭土中的任意一种或几种。
进一步地，在上述混合物中，多孔载体与有机胺的质量比为1:5～1:2。其中，有机胺过少容易造成孔道闲置，无法保证吸附剂的吸附性能；有机胺过多则容易造成有机胺堆叠、有机胺无法充分分散，制约吸附功能团吸附功能的发挥；而上述质量比使得有机胺可以充分、均匀负载在多孔载体的孔道上，提升所制备的吸附剂的单位吸附性能。
可选地，在一种实施方式中，上述混合物中还包括分散剂，在该分散剂的作用下，有机胺的分散度得以显著提升，使得有机胺能够均匀分散负载在多孔载体上。
在本实施方式中，先将有机胺和分散剂，充分混合，然后将多孔载体加入其中，充分搅拌，使得有机胺和分散剂在载体上均匀充分负载。
可选地，上述分散剂可以为聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇中的任意一种或几种，不仅能够有效提高有机胺在多孔载体上分散度，还能够提高有机胺的吸脱附性能。
可选地，在一种具体实施方式中，在上述混合物中，有机胺和上述分散剂的质量比为1:9～9:1，不仅能够将有机胺充分、均匀分散负载在多孔载体上，还避免了分散剂的无效堆叠、浪费，更避免了分散剂过多占据有机胺的活动空间，进而对有机胺吸附CO2造成阻碍。
步骤102、将所述混合物进行造粒，制得CO2吸附剂。
该步骤中，直接将负载后的粉末混合物进行造粒，从而快速制备大量 CO2吸附剂，便于产业化应用。
该步骤中，可以将上述混合物造粒成粒径为12～30目的颗粒，例如为 12～30目的球状颗粒，可以增大吸附剂的比表面积，使得单位体积的吸附剂具有更多的有机胺，从而进一步增强CO2吸附剂对CO2的吸附性能。
该步骤中，具体可以利用干法造粒机将所述混合物进行造粒，即将负载后的粉末混合物加入干法造粒机中制成颗粒，即得始于室内空气净化使用的 CO2吸附剂。其中，干法造粒机将配置好的粉状或微细晶体状原料挤压成薄片，随后经造粒系统，通过筛网制成所需大小的颗粒。
本申请实施例所提供的CO2吸附剂的制备方法，在制备过程中不需要将有机胺预先溶解到有机溶剂中，而是将多孔载体、有机胺和分散剂直接混合，并且通过干法造粒机进行造粒，能快速制备大量吸附剂，便于产业化应用；
同时，本申请所提供的CO2吸附剂可以在常温下高效脱除室内空气中较低浓度的CO2，无需对气体预先加热处理，有利于节能降耗；
另外，本申请所提供的CO2吸附剂在较大空速下仍有很高的CO2吸附脱除效率，能够更快速、高效地净化室内空气。
下面通过实施例对本申请进行详细说明。
以下实施例中所使用的技术，除非特别说明，均为本领域的技术人员已知的常规技术；所使用的仪器设备、试剂等，除非是本说明书特别说明，均为本领域的技术人员可以通过商业途径获得的。
CO2吸附剂的CO2吸附性能评价
CO2的吸附性能评价在固定床吸附装置上进行，吸附剂装填量36g，模拟气体为CO2标气和室内空气的混合气，CO2的初始浓度为1050～1150 ppm，气体流速约为9L/min，常温吸附，吸附反应前后气体中CO2的浓度用CO2浓度检测仪进行分析，当出口气体中CO2浓度达到950ppm时反应停止，然后按以下公式计算计算吸附剂的吸附性能：
Figure RE-GDA0003683146870000061
上式中，t为吸附时间(min)，qt为吸附剂对CO2的吸附量(mmol/g)， Q为气体流速(mL/min)，m是吸附剂的质量(g)，C0和C分别为进口CO2浓度(mmol/L)和出口CO2浓度(mmol/L)。
实施例1
称取22.5g四乙烯五胺和7.5g聚乙二醇，混合均匀，然后加入100g 钙基膨润土载体，充分搅拌至有机物质在载体上均匀负载，再将负载后的粉末加入干法造粒机中，制得20～30目的吸附剂颗粒，将该吸附剂命名为1#吸附剂。
实施例2
称取30g四乙烯五胺，然后加入100g钙基膨润土载体，充分搅拌至有机物质在载体上均匀负载，再将负载后的粉末加入干法造粒机中，制得20～30目的吸附剂颗粒，将该吸附剂命名为2#吸附剂。
实施例3
称取9.0g四乙烯五胺和21.0g二乙醇胺，混合均匀，然后加入100g 钠基膨润土载体，充分搅拌至有机物质在载体上均匀负载，再将负载后的粉末加入干法造粒机中，制得12～30目的吸附剂颗粒，将该吸附剂命名为3#吸附剂。
实施例4
称取22.5g四乙烯五胺和7.5g聚乙二醇，混合均匀，然后加入100g 硅藻土载体，充分搅拌至有机物质在载体上均匀负载，再将负载后的粉末加入干法造粒机中，制得20～30目的吸附剂颗粒，将该吸附剂命名为 4#吸附剂。
将上述1#吸附剂～4#吸附剂分别进行CO2吸附性能评价，评价结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0003549442050000071
根据表1可知，本申请所提供的CO2吸附剂在室温下对室内CO2具有较好的吸附性能。
上述1#吸附剂在进行CO2吸附性能评价过程中的CO2吸附曲线如图 2所示。
根据图2可知，1#吸附剂能快速将较低浓度(1100ppm)的CO2降至很低浓度，且在45min时吸附剂穿透，并在75min左右时吸附剂达到吸附饱和状态。
综上，在本实施例中，所提供的CO2吸附剂及其制备方法，在制备过程中不需要将有机胺预先溶解到有机溶剂中，而是将多孔载体、有机胺和分散剂直接混合，并且通过干法造粒机进行造粒，能快速制备大量吸附剂，便于产业化应用；同时，本申请所提供的CO2吸附剂可以在常温下高效脱除室内空气中较低浓度的CO2，无需对气体预先加热处理，有利于节能降耗；另外，本申请所提供的CO2吸附剂在较大空速下仍有很高的CO2吸附脱除效率，能够更快速、高效地净化室内空气，因此，解决了现有技术中所制备的 CO2吸附剂不适于吸附室内低浓度CO2的技术问题。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
以上对本申请所提供的一种CO2吸附剂及其制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种CO2吸附剂，其特征在于，包括多孔载体及有机胺，所述有机胺以寡层负载在所述多孔载体的表面及孔道中。
2.根据权利要求1所述的CO2吸附剂，其特征在于，所述有机胺为聚乙烯亚胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二乙醇胺中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述的CO2吸附剂，其特征在于，所述多孔载体为钠基膨润土、钙基膨润土、硅藻土、蒙脱土、高岭土、二氧化硅中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的CO2吸附剂，其特征在于，所述多孔载体与有机胺的质量比为1:5～1:2。
5.根据权利要求1所述的CO2吸附剂，其特征在于，所述多孔载体上还负载有分散剂。
6.根据权利要求5所述的CO2吸附剂，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇中的任意一种或几种。
7.根据权利要求5所述的CO2吸附剂，其特征在于，所述有机胺和所述分散剂的质量比为1:9～9:1。
8.根据权利要求1所述的CO2吸附剂，其特征在于，所述CO2吸附剂是粒径为12～30目的颗粒。
9.一种如权利要求1～8任一所述的CO2吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：
提供包括有机胺与多孔载体的混合物；
将所述混合物进行造粒，制得CO2吸附剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述混合物进行造粒，包括：
利用干法造粒机将所述混合物进行造粒。
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