CN117772135A - 一种用于二氧化碳捕集的捕集剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于二氧化碳捕集的捕集剂及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：步骤S1，在惰性气体环境下，将多孔碳载体和熔融的碱金属混合后，冷却得到固体混合物；将固体混合物转移到潮湿的环境下处理，然后依次进行洗涤、干燥，得到改性的多孔碳载体；步骤S2，将改性的多孔碳载体浸渍有机胺，然后干燥得到捕集剂。基于本发明的制备方法得到的捕获剂，解决了现有技术中CO2吸附容量低，不利于大规模的应用的问题。
Description
技术领域
本发明涉及本发明属于二氧化碳捕集的技术领域，具体涉及一种用于二氧化碳捕集的捕集剂及其制备方法和应用，具体而言，涉及一种用于二氧化碳捕集的捕集剂及其制备方法和应用。
背景技术
CCUS全称Carbon Capture,Utilization and Storage，指碳捕集、封存及再利用技术。二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)是指将二氧化碳(CO2)从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现CO2永久减排的过程。作为应对全球气候变化的关键技术之一，CCUS旨在将CO2从源头捕获，提纯继而循环再利用，或者封存于地下，从而平衡CO2对气候产生的消极影响。
物理吸附法具有能耗低、易操作、无腐蚀、成本低和易再生等优势，成为一种重要的CO2捕获方法。在现有的若干技术中，CO2吸附捕集材料主要可归纳为微孔/介孔无机分子筛及其改性物、多孔金属有机骨架材料(MOFs)、金属氧化物、活性炭等，工业上则常用沸石微孔分子筛、活性炭、层状黏土、金属氧化物，成本低廉，但吸附容量较为低下，不利于大规模的应用的问题。因此，还需要开发新的有效的CO2吸附材料。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于二氧化碳捕集的捕集剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中CO2吸附容量低，不利于大规模的应用的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，在惰性气体环境下，将多孔碳载体和熔融的碱金属混合后，冷却得到固体混合物；将固体混合物转移到潮湿的环境下处理，然后依次进行洗涤、干燥，得到改性的多孔碳载体；
步骤S2，将改性的多孔碳载体浸渍有机胺，然后干燥得到捕集剂。
进一步地，步骤S1中的多孔碳载体由以下步骤制备得到：
将木质纤维素经蒸汽爆破预处理后，在碱液中浸泡，然后进行水热碳化处理得到多孔碳载体。
优选地，在进行水热碳化处理后，对水热碳化处理产物进行洗涤、干燥，得到多孔碳载体。
进一步地，碱液选自氢氧化钠水溶液，碱液的浓度为1～4mol/L，优选为2-3mol/L。
优选地，在碱液中浸泡的时间为2-5小时，更优选为2-3.5小时。
优选地，水热碳化处理温度为190-260℃，更优选为200-260℃。
优选地，水热碳化处理的时间为1.5-3.5小时，更优选为1.8-2.5小时。
进一步地，步骤S1中，碱金属选自锂、钠中的至少一种。
优选地，多孔碳载体和熔融的碱金属的质量比为1：5-10，更优选为1：6-8。
优选地，多孔碳载体和熔融的碱金属以超声混合的方式混合。
进一步地，步骤S1中，潮湿的环境为相对湿度为40％-70％的空气环境，优选相对湿度为40％-50％。
优选地，在潮湿的环境下放置处理，放置处理的时间为10-50小时，更优选为33-36小时。
优选地，对处理后的多孔碳载体的洗涤的方式为用水洗涤，洗涤的时间为5-10分钟。
优选地，干燥的温度为60-110℃。
进一步地，有机胺为二乙烯三胺。
优选地，步骤S2中，通过将改性的多孔碳载体浸渍于含有机胺的混合溶液中浸渍有机胺，含有机胺的混合溶液包括二乙烯三胺、表面活性剂和有机溶剂。
优选地，表面活性剂选自聚氧乙烯醚、司盘40、司盘60或吐温80中的至少一种，更优选为聚氧乙烯醚或吐温80中的至少一种。
优选地，有机溶剂为乙醇。
优选地，含有机胺的混合溶液中，二乙烯三胺和表面活性剂的质量比为3-6:1，更优选二乙烯三胺和有机溶剂的质量比为1:13-16。
进一步地，改性的多孔碳载体和含有机胺的混合溶液的体积比为1:5-10，优选为1:6-9。
优选地，浸渍的温度为30-40℃，浸渍的时间为4-8小时。
进一步地，步骤S1中，多孔碳载体和熔融的碱金属混合以及冷却均在手套箱中进行。
根据本发明的另一方面，提供了一种如上的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法制备得到的捕集剂。
根据本发明的又一方面，提供了根据上述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法制备得到的捕集剂或根据上述的捕集剂在二氧化碳捕集中的应用。
应用本发明的技术方案，将多孔碳载体加入到熔融的碱金属中，熔融的碱金属会进入到碳载体的孔径中，扩展孔径，丰富碳载体的空隙结构；且进入到碳载体中碱金属在潮湿的空气中会逐渐变为碱金属氢氧化物，进一步腐蚀空隙，丰富碳载体的孔隙结构，且该碱金属氢氧化物后续可经水洗涤去除；在洗涤的过程中，碱金属氢氧化物水洗液的碱性可进一步改性碳载体的孔道环境，提高其对二氧化碳吸附的选择性；最后采用有机胺进一步改性碳载体，进一步提供二氧化碳的吸附量和选择性。
采用上述方法制备的捕集剂对CO2的吸附量大，且吸附CO2和脱附CO2的温度均适中，有利于大规模的应用。同时，本发明的捕集剂的吸附剂材料的孔隙结构发达、比表面积高、结构稳定、表面易于功能化及化学稳定性高。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
术语解释：
木质纤维素，木质纤维是地球上最丰富的生物质资源，其主要由纤维素(占干物质重的30-50％)、半纤维素(占干物质重的20-40％)和木质素(占干物质重的15-250％)组成，此外还包括少量的结构蛋白、脂类和灰分。
正如背景技术所描述的，现有技术中存在CO2吸附容量低，不利于大规模的应用的问题。为了解决上述问题，本发明提供了一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，在惰性气体环境下，将多孔碳载体和熔融的碱金属混合后，冷却得到固体混合物；将固体混合物转移到潮湿的环境下处理，然后依次进行洗涤、干燥，得到改性的多孔碳载体；步骤S2，将改性的多孔碳载体浸渍有机胺，然后干燥得到捕集剂。
基于CO2高容量吸附的需求，本发明提供了一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，通过将多孔碳载体加入到熔融的碱金属中，熔融的碱金属会进入到碳载体的孔径中，扩展孔径，丰富碳载体的空隙结构；且进入到碳载体中碱金属在潮湿的空气中会逐渐变为碱金属氢氧化物，进一步腐蚀空隙，丰富碳载体的孔隙结构，且该碱金属氢氧化物后续可经水洗涤去除；在洗涤的过程中，碱金属氢氧化物水洗液的碱性可进一步改性碳载体的孔道环境，提高其对二氧化碳吸附的选择性；最后采用有机胺进一步改性碳载体，进一步提供二氧化碳的吸附量和选择性。采用上述方法制备的捕集剂对CO2的吸附量大，且吸附CO2和脱附CO2的温度均适中，有利于大规模的应用；同时，本发明的捕集剂的吸附剂材料的孔隙结构发达、比表面积高、结构稳定、表面易于功能化及化学稳定性高。
对于多孔碳载体，在一些具体的实施例中，可以市购得到，也可以制备得到，优选多孔碳载体为活性炭。
为了获得更高吸附容量的捕获剂，在一种优选的实施例中，将木质纤维素经蒸汽爆破预处理后，在碱液中浸泡，然后进行水热碳化处理得到多孔碳载体。通过蒸汽爆破木质纤维素，利用瞬间的泄压过程能在高温高压条件下去除木质纤维素中的半纤维素、纤维素，提高木质素含量，增强可碳化率和丰富碳载体的孔径，此外，蒸汽爆破还可破坏纤维素和木质素的致密结构，便于后续采用碱液中时，部分木质素溶解在碱液中，从而有利于进一步丰富水热碳化处理后的碳载体的孔径，制备得到高比表面积的活性炭；且以木质纤维素为碳源，制备工艺具有低成本、易操作的优点。为了进一步避免多孔碳载体中的杂质残留，优选在进行水热碳化处理后，对水热碳化处理产物进行洗涤、干燥得到多孔碳载体。
为了提高浸泡效率并获得致密的孔隙结构，在一种优选的实施例中，碱液选自氢氧化钠水溶液，碱液的浓度为1～4mol/L，优选为2-3mol/L；优选在碱液中浸泡的时间为2-5小时，更优选为2-3.5小时，短时间内便可获得致密的孔隙结构。
为了获得致密且更加规整的孔隙结构，且获得较高的碳化率，在一种优选的实施例中，水热碳化处理温度为190-260℃，更优选为200-260℃；优选水热碳化处理的时间为1.5-3.5小时，更优选为1.8-2.5小时，保持孔隙结构规整致密的同时，也更加高效；更优选水热碳化处理中，以体积计，加入蒸汽爆破前的木质纤维素8-10倍体积的水进行水热碳化处理，以获得较高的碳化率。
为了改造孔径的孔隙结构以获得高比表面积的改性的多孔碳载体，在一种优选的实施例中，步骤S1中，碱金属选自锂、钠中的至少一种；优选多孔碳载体和熔融的碱金属的质量比为1：5-10，更优选为1：6-8，以减少原料浪费的同时获得较高的吸附量；优选多孔碳载体和熔融的碱金属以超声混合的方式混合，使得混合均匀、操作方便且安全。
为了有效腐蚀去除孔隙中的杂质，丰富碳载体的孔隙结构，在一种优选的实施例中，步骤S1中，潮湿的环境为相对湿度为40％-70％的空气环境，优选相对湿度为40％-50％；优选在潮湿的环境下处理的时间为10-50小时，更优选为33-36小时，使得空气中水和碱金属几乎全部生成了碱金属氢氧化物，从而有利于水洗涤出去碱金属氢氧化物，实现碱金属和多孔碳的分离；优选对处理后的多孔碳载体的洗涤的方式为用水洗涤，洗涤的时间为5-10分钟，该碱金属氢氧化物经水洗涤去除，同时在洗涤的过程中利用碱金属氢氧化物水洗液的碱性改性碳载体的孔道环境，有利于提高其对二氧化碳吸附的选择性，且经济环保。
优选地，干燥的温度为60-110℃。
为了提高二氧化碳的吸附量和选择性，在一种优选的实施例中，有机胺为二乙烯三胺；优选步骤S2中，通过将改性的多孔碳载体浸渍于含有机胺的混合溶液中浸渍有机胺，含有机胺的混合溶液包括二乙烯三胺、表面活性剂和有机溶剂。二乙烯三胺和表面活性剂溶解于有机溶剂中，表面活性剂和有机溶剂帮助二乙烯三胺更加高效的进入孔隙，有利于有机胺的负载。
优选地，表面活性剂选自聚氧乙烯醚、司盘40、司盘60或吐温80中的至少一种，更优选为聚氧乙烯醚或吐温80中的至少一种，有利于提高有机胺的负载量和负载效率。
优选地，有机溶剂为乙醇。
优选地，含有机胺的混合溶液中，二乙烯三胺和表面活性剂的质量比为3-6:1，更优选二乙烯三胺和有机溶剂的质量比为1:13-16，优选为1:6-9。
在一种优选的实施例中，改性的多孔碳载体和含有机胺的混合溶液的体积比为1:5-10，以使得改性的多孔碳载体能够充分浸渍于有机胺的混合溶液，以及避免原料浪费；优选浸渍的温度为30-40℃，浸渍的时间为4-8小时，以使得有机胺充分负载于改性的多孔碳载体上。
在一种优选的实施例中，步骤S1中，多孔碳载体和熔融的碱金属混合和冷却均在手套箱中进行。手套箱是将高纯惰性气体充入箱体内，并循环过滤掉其中的活性物质，比如O2、H2O、有机气体，为多孔碳载体和熔融的碱金属混合提供高惰性环境以保障熔融的碱金属的纯度和熔融状态，以使熔融的碱金属和碳载体的孔径充分接触，从而有效扩展孔径，且手套箱为二者的混合提供了更加安全的操作环境。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据上述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法制备得到的捕集剂，得到的捕获剂孔隙结构发达、比表面积高、结构稳定，对CO2的吸附量大，且吸附CO2和脱附CO2的温度均适中，有利于大规模的应用。
根据本发明的又一方面，提供了一种根据上述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法制备得到的捕集剂或如上的捕集剂在二氧化碳捕集中的应用，从而实现了CO2的高容量吸附，有利于大规模的应用。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备多孔碳载体：将木质纤维素蒸汽爆破预处理后，在浓度为2mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡3小时，然后用水洗涤；洗涤后，以体积计，加入蒸汽爆破前的木质纤维素8倍体积的水进行水热碳化处理；水热碳化处理后，用水洗涤，干燥后得到多孔碳载体；其中，水热碳化处理温度为210℃，水热反应的时间为2.5小时。
(2)在手套箱中，按多孔碳载体和熔融的碱金属的质量比为1：6，将多孔碳载体和熔融的锂金属超声混合均匀后，冷却得到固体混合物；然后将固体混合物转移到相对湿度为50％的潮湿的空气环境下放置处理35小时，然后用水洗涤，洗涤的时间为10分钟，然后在100℃下真空干燥，得到改性的多孔碳载体。
(3)按改性的多孔碳载体和含有机胺的混合溶液的体积比1:6，将改性的多孔碳载体浸渍于含有机胺的混合溶液中，然后干燥，得到捕集剂；其中，含有机胺的混合溶液为二乙烯三胺和表面活性剂的有机溶剂混合溶液，其中，表面活性剂为聚氧乙烯醚，有机溶剂为乙醇，二乙烯三胺和聚氧乙烯醚的质量比为4.2:1，二乙烯三胺和乙醇的质量比为1:16，浸渍的温度为30℃，浸渍的时间为5小时。
实施例2
一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备多孔碳载体：将木质纤维素蒸汽爆破预处理后，在浓度为3mol/L的氢氧化钠水溶液，浸泡2.1小时，然后用水洗涤；洗涤后，以体积计，加入蒸汽爆破前的木质纤维素10倍体积的水进行水热碳化处理；水热碳化处理后，用水洗涤，干燥后得到多孔碳载体；其中，水热碳化处理温度为260℃，水热反应的时间为1.8小时。
(2)在手套箱中，按多孔碳载体和熔融的碱金属的质量比为1：8，将多孔碳载体和熔融的钠金属超声混合均匀后，冷却得到固体混合物；然后将固体混合物转移到相对湿度为40％的潮湿的空气环境下放置处理36小时，然后用水洗涤，洗涤的时间为10分钟，然后在100℃下真空干燥，得到改性的多孔碳载体。
(3)按改性的多孔碳载体和含有机胺的混合溶液的体积比1:9，将改性的多孔碳载体浸渍于含有机胺的混合溶液中，然后干燥，得到捕集剂；其中，含有机胺的混合溶液为二乙烯三胺和表面活性剂的有机溶剂混合溶液。其中，表面活性剂为吐温80，有机溶剂为乙醇；二乙烯三胺和吐温80的质量比为5:1，二乙烯三胺和乙醇的质量比为1:13，浸渍的温度为30℃，浸渍的时间为7小时。
实施例3
其和实施例1采用相同的制备方法，区别仅在于，熔融的碱金属为钠金属。
实施例4
其和实施例1采用相同的制备方法，区别仅在于，熔融的碱金属为钠金属和锂金属，且锂和钠二者的质量比为4:1。
实施例5
一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备多孔碳载体：将木质纤维素蒸汽爆破预处理后，在浓度为2.5mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡3.5小时，然后用水洗涤；洗涤后，以体积计，加入蒸汽爆破前的木质纤维素9倍体积的水进行水热碳化处理；水热碳化处理后，用水洗涤，干燥后得到多孔碳载体；其中，水热碳化处理温度为200℃，水热反应的时间为2小时。
(2)在手套箱中，按多孔碳载体和碱金属的质量比为1：7，将多孔碳载体和熔融的锂金属超声混合均匀后，冷却得到固体混合物；然后将固体混合物转移到相对湿度为50％的潮湿的空气环境下放置处理33小时，然后用水洗涤，洗涤的时间为10分钟，然后在100℃下真空干燥，得到改性的多孔碳载体。
(3)按改性的多孔碳载体和含有机胺的混合溶液的体积比1:7.5，将改性的多孔碳载体浸渍于含有机胺的混合溶液中，然后干燥，得到捕集剂。其中，含有机胺的混合溶液为二乙烯三胺和表面活性剂的有机溶剂混合溶液。其中，表面活性剂为聚氧乙烯醚，有机溶剂为乙醇，二乙烯三胺和聚氧乙烯醚的质量比为6:1，二乙烯三胺和乙醇的质量比为1:14，浸渍的温度为30℃，浸渍的时间为8小时。
实施例6
一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，采用和实施例1相同的制备方法，区别仅在于，步骤(1)中水热碳化处理前不进行碱液浸泡处理，具体包括以下步骤：
(1)制备多孔碳载体：将木质纤维素蒸汽爆破预处理后，用水洗涤；洗涤后，以体积计，加入蒸汽爆破前的木质纤维素8倍体积的水进行水热碳化处理；水热碳化处理后，用水洗涤水热碳化处理产物，干燥后得到多孔碳载体；其中，水热碳化处理温度为210℃；水热反应的时间为2.5小时。
(2)在手套箱中，按多孔碳载体和熔融的锂金属的质量比1：6，将多孔碳载体和熔融的锂金属超声混合均匀后，冷却得到固体混合物；然后将固体混合物转移到相对湿度为50％的潮湿的空气环境下放置处理35小时，然后用水洗涤，洗涤的时间为10分钟，然后在100℃下真空干燥，得到改的多孔碳载体。
(3)按改性的多孔碳载体和含有机胺的混合溶液的体积比1:6，将改性的多孔碳载体浸渍于含有机胺的混合溶液中，然后干燥，得到捕集剂；其中，含有机胺的混合溶液为二乙烯三胺和表面活性剂的有机溶剂混合溶液其中，表面活性剂为聚氧乙烯醚，有机溶剂为乙醇，二乙烯三胺和聚氧乙烯醚的质量比为4.2:1，二乙烯三胺和乙醇的质量比为1:16，浸渍的温度为30℃，浸渍的时间为5小时。
对比例1
一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，采用和实施例1相同的制备方法，区别仅在于，不进行实施例1中的步骤(2)，具体步骤如下：
(1)制备多孔碳载体：将木质纤维素蒸汽爆破预处理后，在浓度为2mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡3小时，然后用水洗涤；洗涤后，以体积计，加入蒸汽爆破前的木质纤维素8倍体积的水进行水热碳化处理；热碳化处理后，用水洗涤，干燥后得到多孔碳载体；其中，水热碳化处理温度为210℃，水热反应的时间为2.5小时。
(2)按多孔碳载体和含有机胺的混合溶液的体积比1:6，将多孔碳载体浸渍于含有机胺的混合溶液中，然后干燥，得到捕集剂；其中，含有机胺的混合溶液为二乙烯三胺和表面活性剂的有机溶剂混合溶液，其中，表面活性剂为聚氧乙烯醚，有机溶剂为乙醇，二乙烯三胺和聚氧乙烯醚的质量比为4.2:1，二乙烯三胺和乙醇的质量比为1:16，浸渍的温度为30℃，浸渍的时间为5小时。
对比例2
一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，采用和实施例1采用相同的制备方法，区别仅在于，不进行实施例1中的步骤(3)，具体包括以下步骤：
(1)制备多孔碳载体：将木质纤维素蒸汽爆破预处理后，在浓度为2mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡3小时，然后用水洗涤；洗涤后，以体积计，加入蒸汽爆破前的木质纤维素8倍体积的水进行水热碳化处理；热碳化处理后，用水洗涤，干燥后得到多孔碳载体；其中，水热碳化处理温度为210℃，水热反应的时间为2.5小时。
(2)在手套箱中，按多孔碳载体和熔融的碱金属的质量比1：6，将多孔碳载体和熔融的锂金属超声混合均匀后，冷却得到固体混合物；然后将固体混合物转移到相对湿度为50％的潮湿的空气环境下放置处理35小时，然后用水洗涤，洗涤的时间为10分钟，然后在100℃下真空干燥，得到改性的多孔碳载体作为捕获剂。
对比例3
一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，采用和实施例1相同的制备方法，区别仅在于，步骤(2)中采用碱液氢氧化钠处理，具体包括以下步骤：
(1)制备多孔碳载体：将木质纤维素蒸汽爆破预处理后，在浓度为2mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡3小时，然后用水洗涤；洗涤后，以体积计，加入蒸汽爆破前的木质纤维素8倍体积的水进行水热碳化处理；水热碳化处理后，用水洗涤水热碳化处理产物，干燥后得到多孔碳载体；其中，水热碳化处理温度为210℃；水热反应的时间为2.5小时。
(2)将多孔碳载体浸渍于氢氧化钠水溶液中35h，然后用水洗涤，洗涤的时间为10分钟，然后在100℃下真空干燥，得到改的多孔碳载体；其中，氢氧化钠溶浓度为1g/L，多孔碳载体与氢氧化钠水溶液的体积比为1：6。
(3)按改性的多孔碳载体和含有机胺的混合溶液的体积比1:6，将改性的多孔碳载体浸渍于含有机胺的混合溶液中，然后干燥，得到捕集剂；其中，含有机胺的混合溶液为二乙烯三胺和表面活性剂的有机溶剂混合溶液其中，表面活性剂为聚氧乙烯醚，有机溶剂为乙醇，二乙烯三胺和聚氧乙烯醚的质量比为4.2:1，二乙烯三胺和乙醇的质量比为1:16，浸渍的温度为30℃，浸渍的时间为5小时。
对上述实施例1-6和对比例1-3中制备的捕集剂分别进行比表面积测试和CO2吸附量测试和CO2脱附率测试，具体结果如表1所示。
表1.捕集剂的比表面积、100℃下CO2吸附量和CO2脱附率数据。
由表1可知，实施例1-6中制备的捕获剂具有高比表面，在100℃的温度条件下，CO2吸附量吸附率高于对比例1-3，且70℃下，脱附率均可达到较高的水平。由实施例1与对比例1的比表面积和吸附量数据可以知晓，通过将多孔碳载体加入到熔融的碱金属中并进行后续的碱金属氢氧化物腐蚀、水洗液的碱性改性，可以显著丰富孔隙，提高捕获剂的比表面积；由实施例1与对比例2的比表面积和吸附量数据可以知晓，对比例2中捕获剂虽然具有较高的比表面积，但由于未负载有机胺，其吸附量低于实施例1；对比例3中采用碱液替代碱金属熔融处理，得到的捕获剂的比表面积和CO2吸附均显著降低；相比于实施例1，实施例6在水热碳化处理前未进行碱液浸泡处理，得到的捕获剂的比表面积和CO2吸附量均出现了降低。
另外，利用固定床气体穿透实验对上述实施例1和对比例2制备的捕集剂的吸附选择性能进行评估，具体步骤如下：将上述实施例1和对比例2制备的捕集剂填充在固定床上，在50℃下，流速为5mL/min的烟道气模拟气体(CO2/N2＝15/85)流过捕集剂填充床，用气相色谱监测流出气体的组分。
通过监测发现，本发明实施例1制备的捕集剂对N2几乎不吸附，对比例2对N2略有吸附，在改性的多孔碳载体上负载机胺吸附剂，可以进一步提高对CO2的吸附效果和选择性
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例制备得到了孔隙结构丰富、比表面积大的碳载体捕获剂，可以有效的吸附CO2，并对CO2的吸附具有选择性，具有较好的工业应用价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在惰性气体环境下，将多孔碳载体和熔融的碱金属混合后，冷却得到固体混合物；将所述固体混合物转移到潮湿的环境下处理，然后依次进行洗涤、干燥，得到改性的多孔碳载体；
步骤S2，将所述改性的多孔碳载体浸渍有机胺，然后干燥得到所述捕集剂。
2.根据权利要求1所述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的多孔碳载体由以下步骤制备得到：
将木质纤维素经蒸汽爆破预处理后，在碱液中浸泡，然后进行水热碳化处理得到所述多孔碳载体；
优选地，在进行所述水热碳化处理后，对水热碳化处理产物进行洗涤、干燥，得到所述多孔碳载体。
3.根据权利要求2所述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，其特征在于，所述碱液选自氢氧化钠水溶液，所述碱液的浓度为1～4mol/L，优选为2-3mol/L；
优选地，在所述碱液中浸泡的时间为2-5小时，更优选为2-3.5小时；
优选地，所述水热碳化处理温度为190-260℃，更优选为200-260℃；
优选地，所述水热碳化处理的时间为1.5-3.5小时，更优选为1.8-2.5小时。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述碱金属选自锂、钠中的至少一种；
优选地，所述多孔碳载体和所述熔融的碱金属的质量比为1：5-10，更优选为1：6-8；
优选地，所述多孔碳载体和所述熔融的碱金属以超声混合的方式混合。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述潮湿的环境为相对湿度为40％-70％的空气环境，优选相对湿度为40％-50％；
优选地，在所述潮湿的环境下放置处理，所述放置处理的时间为10-50小时，更优选为33-36小时；
优选地，对所述处理后的多孔碳载体的洗涤的方式为用水洗涤，洗涤的时间为5-10分钟；
优选地，所述干燥的温度为60-110℃。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，其特征在于，所述有机胺为二乙烯三胺；
优选地，所述步骤S2中，通过将所述改性的多孔碳载体浸渍于含有机胺的混合溶液中浸渍所述有机胺，所述含有机胺的混合溶液包括二乙烯三胺、表面活性剂和有机溶剂；
优选地，所述表面活性剂选自聚氧乙烯醚、司盘40、司盘60或吐温80中的至少一种，更优选为聚氧乙烯醚或吐温80中的至少一种；
优选地，所述有机溶剂为乙醇；
优选地，所述含有机胺的混合溶液中，所述二乙烯三胺和所述表面活性剂的质量比为3-6:1，更优选所述二乙烯三胺和所述有机溶剂的质量比为1:13-16。
7.根据权利要求6所述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，其特征在于，所述改性的多孔碳载体和所述含有机胺的混合溶液的体积比为1:5-10，优选为1:6-9；
优选地，所述浸渍的温度为30-40℃，所述浸渍的时间为4-8小时。
8.根据权利要求1所述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述多孔碳载体和所述熔融的碱金属混合以及所述冷却均在手套箱中进行。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法制备得到的捕集剂。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的用于二氧化碳捕集的捕集剂的制备方法制备得到的捕集剂或根据权利要求9所述的捕集剂在二氧化碳捕集中的应用。
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