CN115254142B - 催化解析功能填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种催化解析功能填料及其制备方法。所述催化解析功能填料包括：载体；以及，负载于所述载体上的活性成分；所述活性成分包括介孔材料和金属氧化物，所述介孔材料与所述金属氧化物不同；其中，所述活性成分具有介孔结构，且所述活性成分的表面具有酸性位点。本发明的催化解析功能填料具有介孔结构特征，酸性位点丰富，有利于吸收剂的再生；本发明的催化解析功能填料的活性成分与填料载体结合牢固，不易流失，具有良好的抗热、抗酸碱性和耐磨特性。另外，本发明的催化解析功能填料可以在低温下进行二氧化碳吸收剂再生，大幅降低潜热和显热对热量的消耗，从而降低碳捕集成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化解析功能填料及其制备方法，具体涉及一种用于二氧化碳吸收剂再生的催化解析功能填料制备方法，特别涉及一种排放烟气中用于二氧化碳低能耗捕集的吸收剂再生塔中所需的催化解析功能填料，属于温室气体减排领域。
背景技术
温室气体的大量排放使全球气温不断升高，诱发了一系列气候变化问题，引起了国际社会的广泛关注。一些国家的能源结构主要以煤炭为主，导致以二氧化碳为主的温室气体排放总量不断增加。基于有机胺溶液的化学吸收法是唯一实现商业化应用的CO2捕集方法，具有吸收容量大、捕获效率高等优点。传统有机胺法碳捕集工艺中包括吸收塔和解析塔，均为普通填料塔。
具体地，传统有机胺法是使含有一定浓度CO2(3％-25％)烟气进入吸收塔后，与吸收剂反应生成氨基甲酸酯，同时吸收剂溶液变为富液。富液从吸收塔塔底排出，经过换热后进入解析塔，在一定温度和压力条件下 (120-140℃,0.5-2atm)实现CO2的解吸与吸收剂再生(贫液)。贫液经过换热后，返回吸收塔内继续吸收烟气中的CO2。由于有机胺类吸收剂与CO2分子之间键合作用强，需要消耗大量的水蒸气才能实现解吸，再生能耗大(其中CO2的解吸能耗占吸收全过程的60％以上)。
因此，开发低能耗碳捕集技术是当前工业烟气碳减排的重要任务之一。从现阶段的企业调研和文献来看，开发高比表面积、高活性吸收剂催化解吸材料并实现工业化生产与应用是低能耗碳捕集技术中亟待解决的一个问题。
参考文献1公开一种负载金属氧化物/金属硫化物的填料及其制备方法。负载金属氧化物/金属硫化物的填料包括多孔陶瓷填料以及附着于多孔陶瓷填料上的催化活性组分，所述催化活性组分包括金属氧化物AmOn及金属硫化物BxSy。该产品以陶瓷填料为基底，然而陶瓷材料具有质脆、易碎的缺点；陶瓷材料的易碎特性不利于填料的更换与再生利用。并且，该填料的孔道结构均匀性较差，较大孔道容易被吸收剂中携带的固体颗粒堵塞，覆盖填料表面活性位点。
参考文献2公开了一种以及用于胺溶液解吸CO2的负载SO4 2-/金属氧化物的填料及其制备方法，包括多孔陶瓷填料以及附着于多孔陶瓷填料上的催化活性组分，所述催化活性组分包括硫酸根SO4 2-及金属氧化物MxOy。该产品同样以陶瓷填料为基底，与参考文献1类似，陶瓷材料具有质脆、易碎的缺点；陶瓷材料的易碎特性不利于填料的更换与再生利用。并且该填料的孔道结构均匀性较差，较大孔道容易被吸收剂中携带的固体颗粒堵塞，覆盖填料表面活性位点。
参考文献3公开了一种氧化铝-分子筛催化剂在催化二氧化碳解吸中的应用。所述氧化铝-分子筛催化剂由氧化铝和分子筛组成，所述分子筛为酸性分子筛；所述氧化铝-分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性金属铝盐溶于水中，再加入酸性分子筛的粉末，得到混合液A；(2)对混合液A进行超声处理得到混合液B；(3)加入碱性物质提高混合液B的pH值，使金属铝盐沉淀，然后陈化得到混合液C；(4)对混合液C进行固液分离，用水洗涤分离后的固体，然后干燥和煅烧后得到氧化铝-分子筛催化剂。采用该方法得到的氧化铝-分子筛催化剂为粉末或颗粒状催化剂；采用粉末或颗粒状催化剂容易造成管道堵塞，且移动到吸收塔后不利于CO2的吸收过程；另外，以分子筛为材料制备的催化剂一般成本较高。
参考文献：
参考文献1：CN 113351149 A
参考文献2：CN 113318697 A
参考文献3：CN 108339373 A
发明内容
发明要解决的问题
鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明首先提供一种催化解析功能填料，本发明的催化解析功能填料表面具有丰富的酸性位点，可以促进溶液中的质子转移，在较低温度下即可实现CO2的高效解吸，从而可以大幅降低解析能耗。
进一步地，本发明还提供一种催化解析功能填料的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，成本低、便于规模化生产。
用于解决问题的方案
本发明提供一种催化解析功能填料，其包括：
载体；以及，
负载于所述载体上的活性成分；
所述活性成分包括介孔材料和金属氧化物，所述介孔材料与所述金属氧化物不同；其中，
所述活性成分具有介孔结构，且所述活性成分的表面具有酸性位点。
根据本发明所述的催化解析功能填料，其中，以所述催化解析功能填料的总质量为100％计，所述活性成分的含量为5-20％，所述载体的含量为 80-90％；和/或，
以所述活性成分的总质量为100％计，所述金属氧化物的含量为5-50％，所述介孔材料的质量分数为45-90％。
根据本发明所述的催化解析功能填料，其中，通过负载酸性物质以使得所述活性成分的表面具有酸性位点，优选地，以所述活性成分的总质量为100％计，所述酸性物质的含量为1-10％。
根据本发明所述的催化解析功能填料，其中，所述介孔材料包括介孔三氧化二铝、介孔二氧化硅或介孔分子筛中的一种或两种以上的组合；和/或，所述金属氧化物包括二氧化锆、二氧化铈、三氧化二铬、二氧化锰、氧化钇、四氧化三钴、氧化锌中的一种或者两种以上的组合。
根据本发明所述的催化解析功能填料，其中，在所述载体的表面和所述活性成分之间还包含有粘结层；优选地，所述粘结层源自于金属粉末或合金粉末中的一种或两种以上的组合。
本发明还提供一种根据本发明所述的催化解析功能填料的制备方法，其包括使活性成分和载体复合成型的步骤。
根据本发明所述的制备方法，其中，包括以下步骤：
对载体进行预处理；
在粘结剂的存在下，使介孔材料涂覆在所述载体的表面后进行一次煅烧，得到一次负载产物；
获取金属氧化物的前驱体溶液，并使所述前驱体溶液涂覆在一次负载产物的表面，经过二次煅烧处理后得到二次负载产物；
对二次负载产物进行酸化处理后进三次煅烧，得到催化解析功能填料。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述预处理包括使载体的表面具的粘结层的步骤，优选地，所述粘结层的厚度为0.05-2mm。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述粘结剂包括水玻璃、金属溶胶中的一种或者两种。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述酸化处理包括使用含硫酸性溶液对所述二次负载产物进行处理；优选地，所述含硫酸性溶液的浓度为0.1-2 mol/L；更优选地，所述含硫酸性溶液包括硫酸溶液、硫酸铵溶液、过硫酸铵溶液中的一种或两种以上的组合。
发明的效果
本发明的催化解析功能填料具有介孔结构特征，酸性位点丰富，有利于吸收剂的再生；
本发明的催化解析功能填料的活性成分与填料载体结合牢固，不易流失，具有良好的抗热、抗酸碱性和耐磨特性；
另外，本发明的催化解析功能填料可以在低温下进行二氧化碳吸收剂再生，大幅降低潜热和显热对热量的消耗，从而降低碳捕集成本。
进一步地，本发明还提供一种催化解析功能填料的制备方法简单易行，原料易于获取，成本低、便于规模化生产。
附图说明
图1示出了实施例1的S-ZrO2@Al2O3催化解吸功能填料的结构与微观形貌；
图2示出了实施例1的S-ZrO2@Al2O3催化解吸功能填料对二氧化碳捕集测试实验结果；
图3示出了实施例2的S-CeO2@Al2O3催化解吸功能填料的CO2解析性能评价结果；
图4示出了实施例3的S-CoO2@H-SZM催化解吸功能填料中活性组分介孔特性与酸性位点。
具体实施方式
以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是：
本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值 A、B的范围。
本说明书中，如没有特殊声明，则“多”、“多种”、“多个”等中的“多”表示2或以上的数值。
本说明书中，所述“基本上”、“大体上”或“实质上”表示于相关的完美标准或理论标准相比，误差在5％以下，或3％以下或1％以下。
本说明书中，如没有特别说明，则“％”均表示质量百分含量。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素 (例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
<第一方面>
本发明的第一方面提供一种催化解析功能填料，其包括：载体；以及，
负载于所述载体上的活性成分；所述活性成分包括介孔材料和金属氧化物，所述介孔材料与所述金属氧化物不同；其中，
所述活性成分具有介孔结构，且所述活性成分的表面具有酸性位点。
本发明的催化解析功能填料具有介孔结构特征，酸性位点丰富，有利于吸收剂的再生；本发明的催化解析功能填料的活性成分与填料载体结合牢固，不易流失，具有良好的抗热、抗酸碱性和耐磨特性；另外，本发明的催化解析功能填料可以在低温下进行二氧化碳吸收剂再生，大幅降低潜热和显热对热量的消耗，从而降低碳捕集成本。
载体
本发明对所述载体的外形不作特别限定，可以根据需要进行选择。具体地，所述载体可以包括规整填料和散堆填料。一般而言，散堆填料又称散装填料，是指以乱堆为主的填料，这种填料是具有一定外形的颗粒体，又称之为颗粒填料。一般而言，散堆填料可以根据外形分环形填料、鞍形填料以及金属鞍环填料三种。具体地，环形填料例如可以是拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料等；鞍形填料例如可以是弧鞍填料、矩鞍填料、改进矩鞍填料等。
规整填料又称规整波纹填料，因为在乱堆的散装填料塔内，气液两相的流动路线是随机的，但是填料填装时难以做到各处均匀如一，因而容易产生沟流等不良情况，从而降低塔的效率。规整填料是一种在塔内按均匀的几何图形规则、整齐堆砌的填料，这种填料人为规定了填料层中气液的流路，减少了沟流和壁流的现象，大大降低了压降，提高了传热传质的效果。一般而言，规整填料的种类按照结构可分为丝网波纹填料和板波纹填料。
进一步地，对于载体的材质，本发明不作特别限定，可以根据需要进行选择，具体地，所述载体的材质可以是金属、陶瓷和塑料等中的一种或两种以上的组合。
在一些具体的实施方案中，以所述催化解析功能填料的总质量为100％计，所述载体的含量为80-90％，例如：82％、84％、86％、88％等。当所述载体的含量为80-90％时，能够使本发明的催化解吸功能填料具有足够多的活性成分，从而有效使得在低温下进行二氧化碳吸收剂再生，大幅降低潜热和显热对热量的消耗，从而降低碳捕集成本。
<活性材料>
在本发明中，所述活性成分包括介孔材料和金属氧化物，所述介孔材料与所述金属氧化物不同；其中，所述活性成分具有介孔结构，且所述活性成分的表面和/或内部具有酸性位点。
在本发明中，通过使用介孔材料，使得催化解析功能填料具有介孔结构，由于介孔结构的存在，使得本发明的活性成分的活性反应位点丰富，有利于吸收剂的再生。
具体地，所述介孔材料的粒径可以是50-300μm，对于介孔材料的具体组成，本发明不作特别限定，可以是本领域常用的一些介孔材料。优选包括介孔三氧化二铝、介孔二氧化硅或介孔分子筛中的一种或两种以上的组合。
进一步，本发明的金属氧化物可以作为催化活性成分，可以加速有机胺溶液解吸二氧化碳的速度，降低解吸温度，减少解吸热量消耗。具体地，所述金属氧化物包括二氧化锆、二氧化铈、三氧化二铬、二氧化锰、氧化钇、四氧化三钴、氧化锌中的一种或者两种以上的组合。
在一些具体的实施方案中，以所述活性成分的总质量为100％计，所述金属氧化物的含量为5-50％，例如：10％、15％、20％、25％、30％、35％、 40％、45％等；所述介孔材料的质量分数为45-90％，例如：50％、55％、60％、 65％、70％、75％、80％、85％等。当所述金属氧化物的含量为5-50％时，所述介孔材料的质量分数为45-90％时，其催化活性优异。
本发明的活性成分的表面具有丰富的酸性位点(L酸位点和B酸位点)，能够促进质子转移，降低二氧化碳吸收产物的分解能垒，从而减少解吸能耗。对于酸性位点的引入，本发明优选通过负载酸性物质以使得所述活性成分的表面具有酸性位点，优选地，以所述活性成分的总质量为100％计，所述酸性物质的含量为1-10％，例如：2％、4％、6％、8％等；当所述酸性物质的含量为1-10％时，酸性位点的功能能够得到最有效的发挥。
对于酸性物质，本发明不作特别限定，可以是本领域常用的一些酸性物质，例如：含硫酸性物质等，具体地，所述含硫酸性物质包括硫酸、硫酸铵、过硫酸铵等中的一种或两种以上的组合。
在一些具体的实施方案中，在所述载体的表面和所述活性成分之间还包含有粘结层；本发明通过使用粘结层以使得介孔材料与载体之间结合的更为牢固，不易流失。在本发明中，所述粘结层的厚度可以是0.05-2mm。
优选地，所述粘结层源自于金属或合金粉末中的一种或两种以上的组合。
本发明的催化解析功能填料是一种具有介孔结构的活性成分和丰富的酸性位点的催化解析功能填料。本发明的催化解析功能填料可以用于有机胺法捕集工业烟气二氧化碳过程中吸收剂的高效解吸，降低解析能耗与二氧化碳捕集成本。
进一步，本发明的催化解析功能填料在低温下进行二氧化碳吸收剂再生，大幅降低潜热和显热对热量的消耗，从而降低碳捕集成本。
<第二方面>
本发明的第二方面提供一种根据本发明第一方面所述的催化解析功能填料的制备方法，其包括使活性成分和载体复合成型的步骤。本发明的制备方法简单易行，原料易于获取，成本低，适合大批量生产。
在一些具体的实施方案中，所述制备方法包括以下步骤：
对载体进行预处理；
在粘结剂的存在下，使介孔材料涂覆在所述载体的表面后进行一次煅烧，得到一次负载产物；
获取金属氧化物的前驱体溶液，并使所述前驱体溶液涂覆在一次负载产物的表面，经过二次煅烧处理后得到二次负载产物；
对二次负载产物进行酸化处理后进行三次煅烧，得到催化解析功能填料。
预处理
本发明通过对载体进行预处理。使用预处理处理过的载体，对于后续催化解析功能填料制备起到明显提高活性成分与载体之间粘结力的作用。
在一些具体的实施方案中，所述预处理可以包括对非主要成分进行分离和去除。具体地，可以采用酸性或者碱性溶液清洗填料表面的灰尘、油脂等杂质成分，并进行干燥处理。
进一步，在另一些具体的实施方案中，所述预处理还可以包括使载体的表面具的粘结层的步骤，优选地，所述粘结层的厚度为0.05-2mm。通过使用粘结层以使得介孔材料与载体之间结合的更为牢固，不易流失。具体地，可以通过热喷涂法将粘结层的原料粉末喷涂至填料基体表面，从而形成粘结层。
所述粘结层可以通过第一方面的金属或合金粉末中的一种或两种以上的组合实现。
一次负载
在粘结剂的存在下，使介孔材料涂覆在所述载体的表面后进行一次煅烧，得到一次负载产物。加入粘结剂的主要目的为提高介孔材料与基底材料之间的粘结力，防止活性组分流失。
在一些具体的实施方案中，可以将粘结剂和介孔材料在溶剂中混合，得到浆料，然后将浆料涂覆在所述载体的表面，形成浆料涂层。对于涂覆的方式，本发明不作特别限定，例如可以是喷涂、或者浸渍、或者浸渍后干燥等常用的涂覆方式。
进一步，所述浆料中，以所述浆料的总质量为100％计，所述粘结剂的含量为1-5％，例如：2％、3％、4％等；所述介孔材料的含量为12-55％，例如：14％、19％、24％、29％、34％、39％、44％、49％等；所述水的含量为40-87％，例如：45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％等。当浆料的各组分在上述含量范围内时，更容易涂覆在载体的表面。具体地，在本发明中，所述粘结剂包括无机粘结剂，具体可以包括水玻璃、金属溶胶中的一种或者两种，例如：钠水玻璃、钾水玻璃等；所述溶剂为水。
进一步，需要说明的是，当使用无机粘结剂时，最终获得的催化解析功能填料中仍然有一些无机粘结剂的残留，对于其含量，本发明不作特别限定，一般而言，以所述催化解析功能填料的总质量为100％计，粘结剂的含量约为0.01-5％，例如：0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％等。
对于一次煅烧的条件，本发明不作特别限定，可以根据需要进行设定。具体地，为了获得性能优异的催化解析功能填料，所述煅烧是在惰性气体的存在下进行的。具体地，将具有浆料涂层的载体于450-600℃进行煅烧，例如：480℃、500℃、520℃、550℃、580℃等；所述煅烧的时间为3～6h，例如：3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h等。具体地，所述的惰性气氛可以为氮气、氩气、二氧化碳气氛的一种。
二次负载
获取金属氧化物的前驱体溶液，并使所述前驱体溶液涂覆在一次负载产物的表面，经过二次煅烧处理后得到二次负载产物。对于涂覆的方式，本发明不作特别限定，例如可以是喷涂、或者浸渍、或者浸渍后干燥等常用的涂覆方式。
对于溶解金属氧化物的前驱体的溶剂，本发明不作特别限定，可以是水或有机溶剂等常用的溶剂。并且，对于前驱体溶液的中前驱体的浓度，本发明也不作特定限定，只要其能够获得本申请的催化解吸功能填料即可。
进一步，对于金属氧化物的前驱体，本发明不作特别限定，可以是本领域常用的前驱体，所述前驱体具体可以是有机物、无机物、氧化物等等。只要金属氧化物的前驱体在煅烧后，可以形成所需的金属氧化物即可，例如：正丙醇锆、氧化铈颗粒、氯化钴等等。具体地，所述金属氧化物的前驱体溶液可以是含金属离子的无机盐溶液、含金属离子的有机物溶液与金属氧化物悬浮液的一种或两种以上的组合。
对于二次煅烧的条件，本发明不作特别限定，可以根据需要进行设定。具体地，为了获得性能优异的催化解析功能填料，所述煅烧是在惰性气体的存在下进行的。具体地，将涂覆前驱体溶液的一次负载产物于350-750℃进行煅烧，例如：480℃、500℃、520℃、550℃、580℃、600℃、620℃、650℃、 700℃、720℃等；所述煅烧的时间为3～6h，例如：3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h 等。具体地，所述的惰性气氛可以为氮气、氩气、二氧化碳气氛的一种。
酸化处理
对二次负载产物进行酸化处理后进行三次煅烧，得到催化解析功能填料。通过酸化处理，可以使本发明的催化解析功能填料具有丰富的酸性位点(B 酸位点和L酸位点)，从而能够促进质子转移，降低二氧化碳吸收产物的分解能垒，从而减少解吸能耗。
对于酸化处理的方式，本发明不作特别限定，例如可以是喷涂、或者浸渍、或者浸渍后干燥等常用的方式。另外，对于喷涂的量，本发明也不作特别限定，可以根据需进行选择，一般为100-1000mL/m2。
在一些具体的实施方案中，所述酸化处理包括使用含硫酸性溶液对所述二次负载产物进行处理，优选地，所述含硫酸性溶液的浓度为0.1-2mol/L，例如：0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L等。
具体地，所述含硫酸性溶液包括硫酸溶液、硫酸铵溶液、过硫酸铵溶液中的一种或两种以上的组合。
对于二次煅烧的条件，本发明不作特别限定，可以根据需要进行设定。具体地，为了获得性能优异的催化解析功能填料，所述煅烧是在惰性气体的存在下进行的。具体地，将酸化处理后的二次负载产物于400-600℃进行煅烧，例如：420℃、450℃、480℃、500℃、520℃、550℃、580℃等；所述煅烧的时间为2～4h，例如：2.5h、3h、3.5h等。具体地，所述的惰性气氛可以为氮气、氩气、二氧化碳气氛的一种。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售获得的常规产品。
实施例1
以直径10mm的金属拉西环填料为基础，采用低浓度硫酸进行酸洗除杂质，干燥处理后，通过热喷涂法负载0.2mm厚度铁粉后，得到粘结层。
采用孔径为100-300μm的介孔γ-Al2O3与钠水玻璃溶液混合制备浆料，其中，以所述浆料的总质量为100％计，γ-Al2O3质量分数为40％，钠水玻璃质量分数为1.5％，余量为水。采用喷涂方式将浆料负载于金属拉西环填料表面。然后将负载浆料的金属拉西环填料置于550℃、并在氮气氛围下煅烧 4h，得到一次负载产物。
采用含70wt.％的正丙醇锆溶液与一定量正己烷混合，正丙醇锆与正己烷的质量比约为1:1，两者充分搅拌混合后制备含锆前驱体溶液；将含锆前驱体溶液喷涂在一次负载产物的表面，置于500℃，并于氮气氛围下煅烧3h，得到二次负载产物。
配制1mol/L的(NH4)2S2O8溶液，按500mL/m2的比例喷涂在拉西环填料表面。所得拉西环填料在自然晾干后，在600℃，并在氮气氛围下煅烧3h，得到催化解吸功能填料，记作：S-ZrO2@Al2O3。
所得催化解吸功能填料如图1所示，活性成分均匀覆盖在金属拉西环表面，以所述催化解吸功能填料的总质量为100％计，活性成分的含量约为12％，载体的含量约为87％；其中，以所述活性成分的总质量为100％计，氧化锆质量分数为28％，氧化铝为69％，其余为酸性物质；催化解吸功能填料的比表面积为275m2/g，L酸含量为62.4μmol/g，B酸含量为97.5μmol/g；活性成分呈蜂窝状多孔结构，Zr元素与Al元素的摩尔比为0.17:1。
采用实验室的有机胺法二氧化碳吸收-解吸连续运行系统对催化解吸功能填料的性能进行测试：以燃煤烟气组分为基础配制模拟烟气，二氧化碳浓度为12％，氧气浓度为6％；吸收塔处理烟气流量为800mL/min，采用30wt.％乙醇胺(MEA)水溶液为吸收剂，吸收剂循环流量为15mL/min；吸收反应釜温度为40℃，解析反应釜温度为120℃，压力为260kPa；采用两台红外烟气分析仪分别测试吸收反应釜出口二氧化碳浓度和解析反应釜出口二氧化碳浓度，其中解析反应釜出口二氧化碳与200mL/min氮气进行混合后再接入红外烟气分析仪进行二氧化碳浓度测量。如图2所示，在解吸反应釜内装入20g催化解吸功能填料，与不加填料相比，系统运行达到稳定后，二氧化碳解吸流量由39mL/min增加至51mL/min，二氧化碳捕集量提高30％左右。
实施例2
以规整金属填料为基础，采用低浓度氢氧化钠溶液进行清洗，去除表面杂质，经过干燥处理后，通过热喷涂法负载0.1mm厚度的铁粉后，得到粘结层。
采用孔径为100-300μm的介孔γ-Al2O3与钠水玻璃溶液混合制备浆料，其中，以所述浆料的总质量为100％计，γ-Al2O3质量分数为50％，钠水玻璃质量分数为2％，余量为水。采用浸渍方式将浆料负载于金属拉西环填料表面。然后将负载浆料的规整金属填料置于600℃、并在氮气氛围下煅烧3h，得到一次负载产物。
采用纳米氧化铈颗粒作为金属氧化物，利用水制备氧化铈悬浮液，悬浮液中氧化铈粒径为50nm，质量分数为15％；采用喷涂的方式将氧化铈负载于一次负载产物上，氧化铈与介孔γ-Al2O3的质量比为1:5。自然晾干后，置于500℃、并于氮气氛围下煅烧4h，得到二次负载产物。
配制1mol/L的硫酸溶液，按500mL/m2的比例喷涂在所得到的二次负载产物的表面，经过晾干后，在500℃、氮气氛围下煅烧3h，得到催化解吸功能填料，记作S-CeO2@Al2O3。
获取填料表面的催化剂进行性能评价，具体评价方式为：以30wt.％乙醇胺(MEA)溶液为基础，首先进行CO2吸收直至饱和；然后加入催化解吸功能填料，升温至100℃，采用200mL/min氮气吹扫携带解吸产生的二氧化碳，并记录二氧化碳解吸浓度与解吸温度，实验结果如图3所示。经计算可以得出，与不加催化解吸功能填料相比，加入催化解吸功能填料后最大二氧化碳解吸速率提升约59.8％，最大解吸速率对应的解吸温度降低约5.2℃。催化解吸功能填料可以在较低的解吸温度条件下获得更高二氧化碳解吸速率，可降低二氧化碳解吸所需能耗。
实施例3
以多孔陶瓷拉西环填料为基础，首先采用1mol/L氢氧化钠溶液对陶瓷拉西环进行清洗，自然晾干；将陶瓷拉西环浸渍于含有HSM-5介孔材料的悬浮液中，悬浮液中HSM-5介孔材料质量分数为15％，钠水玻璃质量分数为3％，余量为水；经过1h超声和12h的110℃干燥后，使HSM-5介孔材料负载于多孔陶瓷拉西环填料表面。然后将负载HSM-5介孔材料的多孔陶瓷拉西环填料在氮气氛围、500℃条件下煅烧4h，得到一次负载产物。
将一次负载产物浸渍于3mol/L氯化钴溶液中，然后在110℃条件下干燥12h；之后，在空气惰性氛围内，在550℃温度下，高温煅烧4h，得到二次负载产物。
配制1mol/L的(NH4)2S2O8溶液，按500mL/m2的比例喷涂在陶瓷拉西环填料表面。所得拉西环填料在100℃条件下烘干12h，然后在600℃条件下煅烧3h，得到催化解吸功能填料，记作：S-CoO2@H-SZM。
获取所得催化解吸功能填料表面活性组分，进行表征与测试。如图4所示，采用采用物理吸附仪(麦奇克拜尔，日本)对介孔材料与活性组分进行比表面积测试。比表面积由Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法计算得到。其中，介孔材料与活性组分的比表面积分别为231.5m2/g和305.4m2/g；并且，氮气吸附-脱附曲线具有明显的滞后环，表明活性组分也是介孔结构。进一步采用吡啶红外分析仪对表面酸性物种及含量进行测量，发现表面L酸含量与B酸含量均有显著增加。
需要说明的是，尽管以具体实例介绍了本发明的技术方案，但本领域技术人员能够理解，本发明应不限于此。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (13)
1.一种催化解析功能填料，其特征在于，包括：
载体；以及，
负载于所述载体上的活性成分；
所述活性成分包括介孔材料和金属氧化物，所述介孔材料与所述金属氧化物不同；其中，
所述活性成分具有介孔结构，且所述活性成分的表面具有酸性位点；
所述载体为填料载体；
以所述催化解析功能填料的总质量为100%计，所述活性成分的含量为5-20%，所述载体的含量为80-90%；
所述介孔材料包括介孔三氧化二铝、介孔二氧化硅或介孔分子筛中的一种或两种以上的组合；和/或，所述金属氧化物包括二氧化锆、二氧化铈、三氧化二铬、二氧化锰、氧化钇、四氧化三钴、氧化锌中的一种或者两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的催化解析功能填料，其特征在于，
以所述活性成分的总质量为100%计，所述金属氧化物的含量为5-50%，所述介孔材料的质量分数为45-90%。
3.根据权利要求1或2所述的催化解析功能填料，其特征在于，通过负载酸性物质以使得所述活性成分的表面具有酸性位点。
4.根据权利要求3所述的催化解析功能填料，其特征在于，以所述活性成分的总质量为100%计，所述酸性物质的含量为1-10%。
5.根据权利要求1或2所述的催化解析功能填料，其特征在于，在所述载体的表面和所述活性成分之间还包含有粘结层。
6.根据权利要求5所述的催化解析功能填料，其特征在于，所述粘结层源自于金属粉末或合金粉末中的一种或两种以上的组合。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的催化解析功能填料的制备方法，其特征在于，包括使活性成分和载体复合成型的步骤。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对载体进行预处理；
在粘结剂的存在下，使介孔材料涂覆在所述载体的表面后进行一次煅烧，得到一次负载产物；
获取金属氧化物的前驱体溶液，并使所述前驱体溶液涂覆在一次负载产物的表面，经过二次煅烧处理后得到二次负载产物；
对二次负载产物进行酸化处理后进行三次煅烧，得到催化解析功能填料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述预处理包括使载体的表面具的粘结层的步骤。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述粘结层的厚度为0.05-2 mm。
11.根据权利要求8-10任一项所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括水玻璃、金属溶胶中的一种或者两种。
12.根据权利要求8-10任一项所述的制备方法，其特征在于，所述酸化处理包括使用含硫酸性溶液对所述二次负载产物进行处理；
其中，所述含硫酸性溶液包括硫酸溶液、硫酸铵溶液、过硫酸铵溶液中的一种或两种以上的组合。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述含硫酸性溶液的浓度为0.1-2mol/L。
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