本發(fā)明屬新材料制備，具體涉及一種吸附二氧化碳制備納米材料的方法。

背景技術：

1、氣候變化是全人類面臨的巨大挑戰(zhàn)，由溫室氣體排放引發(fā)的全球變暖不僅危及自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，甚至威脅到人類的生存。二氧化碳（co2）作為最具影響力的溫室氣體之一，其排放量自工業(yè)革命以來因化石燃料的廣泛使用而大幅增加，給全球帶來了嚴峻的氣候變化挑戰(zhàn)。

2、碳捕集與儲存（ccs）被認為是減排co2的一項前景廣闊的技術。通過各種ccs技術的應用，即便繼續(xù)使用相對廉價且資源豐富的化石燃料，如煤炭，co2的排放量也能夠顯著減少。在碳排放的峰值階段，需要高質量的達峰與經濟社會的可持續(xù)發(fā)展保持平衡。作為減少排放的重要手段，碳捕集技術能夠有效減輕碳排放高峰期的壓力。

3、目前，已經開發(fā)出多種co2捕集技術，包括使用固體吸附劑或溶劑（如胺類和堿液）的吸收法、膜分離技術以及低溫蒸餾等。固體吸附劑的吸附法通過選擇性吸附氣體混合物中的co2，然后在特定條件下進行解吸和濃縮。化學吸收法是應用最廣泛且技術最為成熟的方法，它利用化學溶劑與co2發(fā)生可逆的化學反應，實現(xiàn)co2的吸收和解吸。膜分離技術通過利用顆粒大小和壓力差異來分離和分類物質。低溫分離法則基于煙氣中各氣體揮發(fā)度的差異，通過反復壓縮和冷凝煙氣，使co2達到臨界值，從而將其從氣態(tài)轉化為液態(tài)并與氣體混合物分離。

4、目前大多數(shù)燃燒后處理工廠使用單乙醇胺（mea）作為吸附劑，然而，由于mea具有較高的揮發(fā)性，并且在吸收過程中會發(fā)生溶劑降解，因此需要定期補充。

5、co2?還可以通過吸收進入氫氧化鈉?(naoh)?水溶液中進行捕集。事實上，naoh?溶液的?co2?吸收能力比?mea?更高。理論上，捕集一噸?co2?所需的?mea?和?naoh?分別為1.39?噸和?0.9?噸。此外，naoh?比?mea?更為豐富、廉價。

6、enrique?等使用固態(tài)氫氧化鈉作為二氧化碳的吸附劑（enrique?medina-martos等，environmental?and?economic?performance?of?carbon?capture?with?sodiumhydroxide， journal?of?co 2 ?utilization?60?(2022)?101991）。

7、申請?zhí)枮閏n201710424451.1的中國專利，公開了了一種基于堿渣制備高效二氧化碳吸附劑的方法，將堿渣烘干粉碎后過篩，收集過篩顆粒除雜后與碳酸鈉混合過濾，再收集濾渣烘干與硼酸鈉、鈦酸四丁酯球磨煅燒，將煅燒物與無水乙醇等震蕩混合后離心處理，再收集下層沉淀與異丙醇、異麥芽低聚糖等攪拌預熱后與氫氧化鈉溶液攪拌出料，收集出料物靜置過濾，并將濾渣洗滌后凍干粉碎，最后經過篩收集過篩顆粒，即可得二氧化碳吸附劑。

8、但是固態(tài)氫氧化鈉存在容易吸收空氣中的水分潮解的問題。使用液態(tài)的氫氧化鈉水溶液，靜態(tài)吸附，表面積小，不方便，動態(tài)噴淋吸附，需要特別的噴淋裝置，能耗高，費用高。且使用氫氧化鈉水溶液吸附存在溶液揮發(fā)的問題。

9、納米碳酸氫鈉因其超細顆粒和高比表面積，廣泛應用于多個領域。在環(huán)境保護中，它被用作高效煙氣脫硫和脫酸劑，幫助減少有害氣體的排放；在醫(yī)療方面，它作為緩沖劑和抗酸劑，用于調節(jié)人體的酸堿平衡；化妝品行業(yè)則利用其溫和的去角質特性，提升潔膚效果。此外，納米碳酸氫鈉還可作為催化劑載體，提升化學反應速率，且在食品工業(yè)中發(fā)揮膨松劑的作用，改善食品質地。其獨特的納米級結構使其在這些領域展現(xiàn)出比普通碳酸氫鈉更優(yōu)越的性能。納米碳酸氫鈉的制備方法主要包括沉淀法、溶液法和機械粉碎法。沉淀法通過控制碳酸鈉與二氧化碳的反應條件生成納米顆粒，而溶液法則通過溶解與析出過程獲得納米碳酸氫鈉。機械粉碎法利用高能球磨機將碳酸氫鈉粉碎至納米級。然而，這些方法存在一定的缺點，如顆粒易團聚、生產成本較高、顆粒粒徑分布不均勻、穩(wěn)定性差，以及在部分工藝中可能產生環(huán)境污染。有效解決這些問題是大規(guī)模應用納米碳酸氫鈉的關鍵。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供一種直接從空氣中吸附二氧化碳聯(lián)產納米碳酸氫鈉的方法以解決氫氧化鈉水溶液作為二氧化碳吸附劑，靜態(tài)吸附，放置不方便，表面積小，吸附效率低以及存在溶劑揮發(fā)，以及現(xiàn)有技術制備納米碳酸氫鈉工藝復雜，粒徑控制困難的問題。本發(fā)明直接吸附空氣中二氧化碳聯(lián)產納米碳酸氫鈉的方法，包括下述步驟：第一步，分別配制質量分數(shù)為5wt%～40wt%的氫氧化鈉水溶液和3wt%～10wt%的聚乙烯醇水溶液；第二步，將上述兩種水溶液按照質量比1:1混勻；第三步，將上一步得到的水溶液涂敷在不銹鋼板上，并置于-120℃～-40℃的低溫冰箱中反復凍融循環(huán)5次得到水凝膠薄膜材料；第四步將上述水凝膠薄膜材料用于直接從空氣中吸附二氧化碳，并利用水凝膠的納米孔限域效應，在水凝膠孔隙中得到納米碳酸氫鈉；第五步二氧化碳吸附飽和后，將水凝膠薄膜材料溶解于90℃～98℃的熱水中將聚乙烯醇溶解后，經離心得到納米碳酸氫鈉。

2、本發(fā)明氫氧化鈉水溶液由于處于聚乙烯醇水凝膠的納米孔隙中，在巨大的毛細管力和氫氧化鈉的復合作用下，實現(xiàn)了氫氧化鈉水溶液的固化，不發(fā)生液體滲漏，同時吸收的二氧化碳和納米孔隙中的氫氧化鈉反應得到碳酸氫鈉，由于水凝膠納米孔隙的納米限域效應得到的是納米碳酸氫鈉。吸附飽和后將材料置于熱水中溶解掉聚乙烯醇，再經過離心可以得到納米碳酸氫鈉。

3、有益效果：本發(fā)明將氫氧化鈉水溶液引入到水凝膠的納米孔隙中，強大的毛細管力（孔徑越小，毛細管力越大）將溶液牢牢鎖住，實現(xiàn)了氫氧化鈉溶液的固化，從而使該塊體材料同時具備液態(tài)吸附劑的高效性和固態(tài)吸附劑的便捷性。此外，聚乙烯醇成膜性好，強度高，被廣泛用作混凝土增強材料本發(fā)明的聚乙烯醇水凝膠薄膜表面積大，強度高，有望高效從空氣中吸附二氧化碳。另外由于水凝膠的納米孔結構和氫氧化鈉的吸濕性，該材料在相對濕度達到80%的空氣中不會失重或發(fā)生溶劑損失。此外，本發(fā)明所使用的原料價格低廉，制備工藝簡單，具有很高的性價比。最后，由于納米孔的限域效應，本發(fā)明能夠直接生成納米碳酸氫鈉，實現(xiàn)了在吸附二氧化碳的同時生產高價值產品。

技術特征：

1.一種直接從空氣中吸附二氧化碳聯(lián)產納米碳酸氫鈉的方法，特征在于包括下述步驟:第一步，分別配制氫氧化鈉水溶液和聚乙烯醇水溶液；第二步，將上述兩種水溶液按照質量比1:1混勻；第三步，將上一步得到的水溶液涂敷在不銹鋼板上，并置于低溫冰箱中反復凍融循環(huán)5次得到水凝膠薄膜材料；第四步將上述水凝膠薄膜材料用于直接從空氣中吸附二氧化碳，并利用水凝膠的納米孔限域效應，在水凝膠孔隙中得到納米碳酸氫鈉；第五步二氧化碳吸附飽和后，將水凝膠薄膜材料溶解于熱水中將聚乙烯醇溶解后，經離心得到納米碳酸氫鈉。

2.根據(jù)權利要求1，一種從直接從空氣中吸附二氧化碳聯(lián)產納米碳酸氫鈉的方法，所述氫氧化鈉水溶液的質量分數(shù)為5wt%～40wt%。

3.根據(jù)權利要求1，一種從直接從空氣中吸附二氧化碳聯(lián)產納米碳酸氫鈉的方法，所述聚乙烯醇水溶液的質量分數(shù)為3wt%～10wt%。

4.根據(jù)權利要求1，一種從直接從空氣中吸附二氧化碳聯(lián)產納米碳酸氫鈉的方法，所述低溫冰箱的溫度為-120℃～-40℃。

5.根據(jù)權利要求1，一種從直接從空氣中吸附二氧化碳聯(lián)產納米碳酸氫鈉的方法，所述熱水的溫度為90℃～98℃。

6.根據(jù)權利要求1，一種從直接從空氣中吸附二氧化碳聯(lián)產納米碳酸氫鈉的方法，所述納米碳酸氫鈉的平均粒徑為54nm～86nm。

技術總結
本發(fā)明公布了一種直接從空氣中吸附二氧化碳聯(lián)產納米碳酸氫鈉的方法。通過將氫氧化鈉水溶液和聚乙烯醇水溶液制備成水凝膠薄膜，利用豐富的羥基將氫氧化鈉水溶液穩(wěn)固鎖定，實現(xiàn)氫氧化鈉溶液的固化，解決了液態(tài)氫氧化鈉吸附劑的諸如溶劑損失等問題。此外，高強度的聚乙烯醇水凝膠薄膜增加了液膜的表面積，從而有助于提升了吸附效率。由于聚乙烯醇富含氫鍵，優(yōu)異的鎖水性與氫氧化鈉的吸濕性結合，該材料在相對濕度80%的環(huán)境下不會發(fā)生失重或溶劑損失。本發(fā)明所采用的原料成本低廉，制備工藝簡便，具備較高的性價比。最后，受益于聚乙烯醇的水溶性和水凝膠的納米孔，本發(fā)明能夠直接生成并且容易分離得到納米碳酸氫鈉，在捕集二氧化碳的同時生產出高附加值的產品。

技術研發(fā)人員：王超,肖雨欣,張睿嘉,王希玙,徐梓宸,劉思怡
受保護的技術使用者：蘇州宇莘新材料有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2