CN115888653A

CN115888653A - 一种co2吸附剂及其制备方法

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Publication number: CN115888653A
Application number: CN202211316654.6A
Authority: CN
Inventors: 闫桂宾; 张祺; 左建波; 郑捷; 刘啸
Original assignee: Jinmao Green Building Technology Co Ltd
Current assignee: Jinmao Green Building Technology Co Ltd
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本申请提供了一种CO₂吸附剂及其制备方法，其中，所述CO₂吸附剂包括颗粒状载体、有机胺及助剂，所述有机胺通过所述助剂锚定在所述载体的表面及孔道中。本申请实施例所提供的CO₂吸附剂不易在加热再生时出现胺挥发现象，具有良好的循环性能，且在较低温度下也可高效再生。

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，现有通过CO₂与胺源发生化学反应完成对CO2的吸附的吸附剂，容易在加热再生时出现胺挥发现象，导致吸附剂的循环性能较差。

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吸附剂容易加热再生时出现胺挥发现象，导致吸附剂的循环性能较差的技术问题。

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，包括颗粒状载体、有机胺及助剂，所述有机胺通过所述助剂锚定在所述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、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的任意一种或几种。

进一步地，所述的CO₂吸附剂中，所述载体为介孔二氧化硅、分子筛、离子交换树脂中的任意一种或几种。

进一步地，所述的CO₂吸附剂中，所述载体的粒径为16～60目。

进一步地，所述的CO₂吸附剂中，所述助剂通过络合作用，将所述有机胺锚定在所述载体的表面及孔道中。

进一步地，所述的CO₂吸附剂中，所述助剂为TX-10、司盘、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、P123、F127、卵磷脂、聚山梨酯中的任意一种或几种。

进一步地，所述的CO₂吸附剂中，所述载体、有机胺及助剂的质量比为50～100：4～15：0.5～10。

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：

将有机胺与助剂混合于第一溶剂中，获得第一混合液；

将颗粒状载体分散于第二溶剂后与所述第一混合液混合，获得第二混合液；

将所述二混合液在搅拌下进行加热回流反应，并在反应后去除溶剂，制得CO₂吸附剂。

进一步地，所述的方法中，所述第一溶剂与所述第二溶剂相同，且为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、水中的一种或几种。

进一步地，所述的方法中，在将颗粒状载体分散于第二溶剂之前，将所述载体在100～120℃下真空干燥1～3h。

与现有技术相比，本申请包括以下优点：

本申请中的CO₂吸附剂包括颗粒状载体、有机胺及助剂，上述有机胺通过助剂锚定在所述载体的表面及孔道中；其中，有机胺在助剂的作用下，通过化学结合的方式锚定在颗粒状载体的表面及孔道中，不仅可以将有机胺更充分地分散，以充分发挥有机胺的吸附性能，还使得本申请中的CO₂吸附剂不易在加热再生时出现胺挥发现象，具有良好的循环性能，且在较低温度下也可高效再生。

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吸附穿透曲线；

图3是本申请实施例所制备的CO₂吸附剂的CO₂循环吸附曲线。

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，包括颗粒状载体、有机胺及助剂，所述有机胺通过所述助剂锚定在所述载体的表面及孔道中。

本申请中的CO₂吸附剂中，有机胺均匀分散在颗粒状载体的表面及孔道中；其中，颗粒状载体具有较大的比表面积，有机胺负载在其上所受到的空间位阻较小，能够充分发挥有机胺的吸附性能；另外，有机胺是在助剂的作用下，通过化学结合的方式锚定在颗粒状载体的表面及孔道中，使得本申请中的CO₂吸附剂不易在加热再生时出现胺挥发现象，具有良好的循环性能，且在较低温度下也可高效再生，适于常温下高效脱除室内空气中较低浓度的CO₂。

可选地，上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、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的任意一种或几种。

具体地，本申请实施例所提供的CO₂吸附剂中，由助剂形成络合固定作用，将有机胺锚定在载体的表面及孔道中。

可选地，上述CO₂吸附剂中，助剂为TX-10、司盘、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、P123、F127、卵磷脂、聚山梨酯中的任意一种或几种，不仅可以将有机胺锚定在载体的表面及孔道中，还使得有机胺能够均匀分散，从而提升有机胺的负载量，从而提高有机胺的吸脱附性能。

本申请实施例中，上述载体具体可以为球状载体。

可选地，上述的CO₂吸附剂中，载体具体可以为介孔二氧化硅、分子筛、离子交换树脂中的任意一种或几种。

可选地，本申请实施例所提供的CO₂吸附剂中，载体的粒径为16-60目。例如为16～60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。

可选地，本申请实施例所提供的CO₂吸附剂中，载体、有机胺及助剂的质量比为50～100：4～15：0.5～10。其中，有机胺过少容易造成载体闲置，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、均匀负载在颗粒状载体的表面、孔道上，提升吸附剂的单位吸附性能。

其中，有机胺和上述助剂的质量比为4～15：0.5～10，不仅能够将有机胺牢固、均匀分散负载在载体上，还避免了有机胺的无效堆叠、浪费，更避免了助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。

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103：

步骤101、将有机胺与助剂混合于第一溶剂中，获得第一混合液；

步骤102、将颗粒状载体分散于第二溶剂后与所述第一混合液混合，获得第二混合液；

步骤103、将所述二混合液在搅拌下进行加热回流反应，并在反应后去除溶剂，制得CO₂吸附剂。

上述步骤101中，有机胺和助剂加入第一溶剂溶解，充分搅拌，然后通过超声处理等方式重复混合，得到上述第一混合液；其中，上述超声处理时间可以为10～60min，例如为10min、30min或60min。

上述步骤102中，先将颗粒状载体分散于第二溶剂中，然后与上述第一混合液混合，得到上述第二混合液。

上述步骤103中，将第二混合液在搅拌下加热回流反应，然后将反应后混合液通过旋转蒸发等除去溶剂，得到固体混合物，再将固体混合物进行真空干燥，即得所述可低温再生室内CO₂吸附剂。其中，加热回流反应是在40～100℃下反应2～6h。

上述步骤103中，在通过旋转蒸发仪除去溶剂时，旋转蒸发温度为40～60℃；真空干燥温度为50～90℃，真空干燥时间为4～8h。

可选地，上述第一溶剂与第二溶剂相同，且为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、水中的一种或几种。

本申请实施例所提供的CO₂吸附剂的制备方法中，在将颗粒状载体分散于第二溶剂之前，将载体在100～120℃下真空干燥1～3h。

具体地，上述助剂用于形成络合固定作用，将有机胺锚定在载体的表面及孔道中。可选地，上述助剂为TX-10、司盘、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、P123、F127、卵磷脂、聚山梨酯中的任意一种或几种，不仅可以将有机胺锚定在载体的表面及孔道中，还使得有机胺能够均匀分散，从而提升有机胺的负载量，从而提高有机胺的吸脱附性能。

本申请实施例中，上述载体具体可以为球状载体。可选地，上述载体具体可以为介孔二氧化硅、分子筛、离子交换树脂中的任意一种或几种。

可选地，本申请实施例所提供的CO₂吸附剂的制备方法中，载体的粒径为16～60目。例如为16～60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。

本申请实施例所提供的CO₂吸附剂的制备方法，其制备过程简便，在制备过程中利用助剂的络合固定作用，一步法即可将有机胺固定在载体表面，相比于传统先对载体进行官能团修饰再进行有机胺负载的方法更加省时简便。

另外，本申请实施例所制备的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，且该CO₂吸附剂在较大空速下仍有很高的CO₂吸附脱除效率，能够更快速高效的净化室内空气。

同时，本申请实施例所制备的CO₂吸附剂再生条件温和，且循环稳定性好，在60℃下即可高效再生，且经过多次吸附再生后，CO₂吸附能力不会发生明显衰减。

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20g，模拟气体为CO₂标气和室内空气的混合气，CO₂的初始浓度为1000～1050ppm，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970ppm时反应停止，然后按以下公式计算计算吸附剂的吸附性能：

上式中，t为吸附时间(min)，q_t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

(1)、称取5g聚乙烯亚胺和4gP123，加入乙醇溶剂溶解，充分搅拌，超声处理30min，得到混合液1；

(2)、将100g离子交换树脂载体分散于乙醇中，并与混合液1混合，得到混合液2；

(3)、将混合液2在搅拌下80℃加热回流反应4h，反应后的混合液转入旋转蒸发仪中60℃抽真空除去溶剂，得到固体混合物；

(4)、将固体混合物在60℃真空干燥6h得到1#吸附剂。

实施例2

(1)、称取5g四乙烯五胺和4.5g十二烷基硫酸钠，加入乙醇溶剂溶解，充分搅拌，超声处理30min，得到混合液1；

(2)、将100g离子交换树脂分散于乙醇中，并与混合液1混合，得到混合液2；

(3)、将混合液2在搅拌下90℃加热回流反应4h，反应后的混合液转入旋转蒸发仪中60℃抽真空除去溶剂，得到固体混合物；

(4)、将固体混合物在60℃真空干燥6h得到2#吸附剂。

实施例3

(1)、称取10g聚乙烯亚胺和5g十二烷基苯磺酸钠，加入甲醇溶剂溶解，充分搅拌，超声处理40min，得到混合液1；

(2)、将100g介孔二氧化硅载体分散于甲醇中，并与混合液1混合，得到混合液2；

(3)、将混合液2在搅拌下80℃加热回流反应4h，反应后的混合液转入旋转蒸发仪中45℃抽真空除去溶剂，得到固体混合物；

(4)、将固体混合物在60℃真空干燥6h得到3#吸附剂。

实施例4

(1)、称取10g四乙烯五胺和4g F127，加入甲醇溶剂溶解，充分搅拌，超声处理30min，得到混合液1；

(2)、将100g分子筛载体分散于乙醇中，并与混合液1混合，得到混合液2；

(3)、将混合液2在搅拌下80℃加热回流反应4h，反应后的混合液转入旋转蒸发仪中50℃抽真空除去溶剂，得到固体混合物；

(4)、将固体混合物在70℃真空干燥4h得到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

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。

将上述1#吸附剂分别对1000ppm的CO₂进行吸附穿透测试及循环吸附性能，其结果分别如图2和3所示。

根据图2可知，1#吸附剂能快速将较低浓度(1000ppm)的CO₂降至很低浓度，且在45min时吸附剂穿透，并在70min左右时吸附剂达到吸附饱和状态。

根据图3可知，1#吸附剂经过10次重复吸附和再生过程，吸附剂的CO₂吸附效率没有发生明显衰减，表明该吸附剂具有良好的循环性能。

综上，在本实施例中，所提供的CO₂吸附剂及其制备方法，在制备过程中利用助剂的络合固定作用，一步法即可将有机胺固定在载体表面，相比于传统先对载体进行官能团修饰再进行有机胺负载的方法更加省时简便；另外，本申请实施例所制备的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，且该CO₂吸附剂在较大空速下仍有很高的CO₂吸附脱除效率，能够更快速高效的净化室内空气；同时，本申请实施例所制备的CO₂吸附剂再生条件温和，且循环稳定性好，在60℃下即可高效再生，且经过多次吸附再生后，CO₂吸附能力不会发生明显衰减，因此，解决了现有技术中所制备的CO₂吸附剂容易加热再生时出现胺挥发现象，导致吸附剂的循环性能较差的技术问题。

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

1.一种CO₂吸附剂，其特征在于，包括颗粒状载体、有机胺及助剂，所述有机胺通过所述助剂锚定在所述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、乙醇胺、二乙醇胺、三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，所述载体为介孔二氧化硅、分子筛、离子交换树脂、多孔氧化铝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，所述载体的粒径为16～60目。

5.根据权利要求1所述的CO₂吸附剂，其特征在于，所述助剂通过络合作用，将所述有机胺锚定在所述载体的表面及孔道中。

6.根据权利要求5所述的CO₂吸附剂，其特征在于，所述助剂为TX-10、司盘、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、P123、F127、卵磷脂、聚山梨酯中的任意一种或几种。

7.根据权利要求1～4任一所述的CO₂吸附剂，其特征在于，所述CO₂吸附剂中，所述载体、有机胺及助剂的质量比为50～100：4～15：0.5～10。

8.一种如权利要求1～7任一所述的CO₂吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：

将有机胺与助剂混合于第一溶剂中，获得第一混合液；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一溶剂与所述第二溶剂相同，且为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、水中的一种或几种。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在将颗粒状载体分散于第二溶剂之前，将所述载体在100～120℃下真空干燥1～3h。