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高活性的CO2吸附劑及其制備方法與流程

文檔序號:11794252閱讀:539來源:國知局
高活性的CO2吸附劑及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及CO2吸附劑,具體是高活性的CO2吸附劑及其制備方法。



背景技術(shù):

CO2作為主要的溫室氣體,其在大氣中的含量與日俱增,造成嚴重的溫室效應(yīng),引起了國際社會普遍關(guān)注,也成為人類社會面臨的急需解決的重要問題。吸附分離技術(shù)作為從各類工業(yè)排氣中捕集CO2最有效技術(shù)之一,一直備受研究者的青睞。而在吸附分離技術(shù)中,研發(fā)具有高吸附容量、高選擇性和良好循環(huán)利用性能的CO2吸附劑成為技術(shù)的關(guān)鍵。

目前已有多種能吸附CO2的吸附劑。納米氫氧化鈣作為吸附CO2的典型材料,一直被研究,還由于可以去除NOx,可作為固體廢物焚燒的脫氯劑、脫硫劑、可環(huán)境消納塑料的高效助劑,所以在環(huán)境保護和減少排放方面越來越受到重視。在制備納米氫氧化鈣方面,CN 104069793 A公開一種高吸附活性氫氧化鈣納米顆粒的制備方法,包括以下步驟:CaCl2放入三頸瓶中,加入去離子水溶解,采用磁力攪拌器攪拌;稱取SDS或PEG,加入到三頸瓶中攪拌溶解;NaOH 溶于去離子水中,然后滴入三頸瓶中,攪拌反應(yīng)0.5h~2.5h得到漿體;將漿體抽濾后,洗滌后干燥,制備出顆粒均勻、呈單分散納米Ca(OH)2粉體,顆粒粒度為200nm~300nm。CN1800025公開一種納米氫氧化鈣的制備方法,是在鈣離子為原料的液相體系中,采用水溶性高分子聚合物作為模板,超聲波震蕩1小時,形成無機-高聚物均相體系后,加入堿性溶液,超聲波振蕩半小時,生成物經(jīng)洗滌、離心、干燥,制備得到具有高分子包覆層的納米氫氧化鈣,可作為固體廢物焚燒的脫氯劑、脫硫劑、可環(huán)境消納塑料的高效助劑;所采用的水溶性高分子聚合物是指PVA124、PEG6000、PAA-NH4、PVP、PVA124、天然高分子甲殼胺;堿性溶液為在NaOH、KOH或氨水堿性溶液。

上述兩種方法中,前者得到的氫氧化鈣顆粒粒度太大,比表面積和活性都還不夠;后者得到的是具有高分子包覆層的納米氫氧化鈣,并且沒有公開所得到的產(chǎn)品的具體參數(shù)。另外兩者均沒有涉及在吸附CO2方面的情況。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

為了克服已有技術(shù)的缺陷,為解決納米氫氧化鈣吸附CO2 提供新的材料和方法,獲得顆粒粒度更小、使用更加方便的可以高效吸附CO2 的吸附劑,本發(fā)明提供一種高活性的CO2吸附劑及其制備方法。

本發(fā)明提供的高活性的CO2吸附劑的制備方法,包括下述步驟:

1)配制質(zhì)量分數(shù)濃度為0.15~0.4%的CMC水溶液;

2)取上述濃度的CMC水溶液,加入水溶性鈣鹽或其水溶液,溶解混勻后,靜置;

3)動蕩下加入堿性溶液,反應(yīng)完成即得到所述高活性的CO2吸附劑;

其中:CMC與鈣離子的摩爾比為0.2~0.22:1,堿性溶液中氫氧根離子的摩爾數(shù)為與鈣離子完全反應(yīng)的量。

所述的混勻方式包括:攪動、震蕩、超聲處理或其他的可以使得體系達到均一狀態(tài)的常規(guī)方法。所述的動蕩是指攪動、震蕩、超聲處理或其他的可以使得體系處于運動狀態(tài)的常規(guī)方法,便于加入的堿性溶液快速混勻和進行反應(yīng)。

按照上述的方法,獲得液相體系,不需要再經(jīng)過繁復的處理即可直接可以應(yīng)用。其中氫氧化鈣顆粒粒度在100nm以下,活性更高,對CO2吸附的效果更好。另外產(chǎn)品體系中沒有添加有害物質(zhì),可確保使用安全。CMC發(fā)揮納米粒子穩(wěn)定劑作用,產(chǎn)品在長期儲藏(至少6個月)過程中不容易產(chǎn)生粒子聚集而喪失活性。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本發(fā)明還可以有如下的選擇和改進。

作為優(yōu)選,在步驟1),CMC水溶液的質(zhì)量分數(shù)濃度為0.2~0.3%。此時,氫氧化鈣顆粒粒度在50nm以下。

更優(yōu)化的方案是:在步驟1),CMC水溶液的質(zhì)量分數(shù)濃度為0.25%。此時,氫氧化鈣顆粒粒度在20nm以下。

進一步,在步驟2),靜置時間為8~16h。

本發(fā)明中,所述水溶性鈣鹽選自:Ca(NO3)2、CaCl2;堿性溶液選自:NaOH、KOH或氨水。氨水本身能吸收空氣中的二氧化碳,有利于提高所得產(chǎn)品的吸附性。

優(yōu)選地,堿性溶液為NaOH溶液。較好的方案是NaOH溶液濃度為0.05~1mol/L,更好的是NaOH溶液濃度為0.2mol/L。

本發(fā)明在步驟3),堿性溶液加入速度為2~10ml/min。這樣的連續(xù)地緩慢地并且是在動蕩下加入堿性溶液,可以使反應(yīng)進行得更加順利。

本發(fā)明的另一個目的是提供由上述所述的方法制備的高活性的CO2吸附劑。

附圖說明

圖1是普通 Ca(OH)2 粒子的電鏡圖,其中粒子直徑為~ 2000 nm。

圖2是本發(fā)明實施例1方法所得的Ca(OH)2納米粒子高活性的CO2吸附劑的電鏡圖,其中粒子直徑為~ 100 nm。

圖3是本發(fā)明實施例1方法所得的Ca(OH)2納米粒子產(chǎn)物的XRD圖。

圖4是本發(fā)明實施例1方法所得的吸附劑產(chǎn)品與單純CMC的紅外光譜對比圖。

圖5是CMC濃度對Ca(OH)2納米粒子的影響曲線圖。圖中顯示在CMC質(zhì)量分數(shù)濃度為0.25%時,Ca(OH)2納米粒子直徑最小,可達20nm以下。在CMC水溶液的質(zhì)量分數(shù)濃度為0.2~0.3%時,氫氧化鈣顆粒粒度在50nm以下。在CMC水溶液的質(zhì)量分數(shù)濃度為0.15~0.4%時,氫氧化鈣顆粒粒度在100nm以下。

圖6是本發(fā)明實施例1方法所得的Ca(OH)2納米粒子高活性的CO2吸附劑對CO2吸收結(jié)果曲線圖。

具體實施方式

實施例1

配制質(zhì)量分數(shù)為0.25%CMC水溶液,取上述濃度的CMC水溶液50mL(CMC的量為0.00052mol),加入0.2778g(鈣離子的摩爾數(shù)為0.0025mol)CaCl2,振蕩2h后,靜置12h,以流速為4ml/min加入濃度為0.2mol/L的NaOH溶液25ml(NaOH中的氫氧根離子量為0.005mol),振蕩1.5 h,得到納米氫氧化鈣吸附劑即本發(fā)明所述的高活性的CO2吸附劑。

實施例2

配制質(zhì)量分數(shù)為0.25%CMC水溶液,取上述濃度的CMC水溶液50mL(CMC的量為0.00052mol),加入0. 2778g(鈣離子的摩爾數(shù)為0.0025mol)CaCl2,振蕩2h后,靜置12h,以流速為4ml/min加入濃度為0.2mol/L的KOH溶液25ml(KOH中的氫氧根離子量為0.005mol),振蕩1.5 h,得到納米氫氧化鈣吸附劑即本發(fā)明所述的高活性的CO2吸附劑。

實施例3

配制質(zhì)量分數(shù)為0.25%CMC水溶液,取上述濃度的CMC水溶液50 mL(CMC的量為0.00052mol),加入0.2778 g(鈣離子的摩爾數(shù)為0.0025mol)CaCl2,振蕩2h后,靜置12h,以流速為4ml/min加入濃度為0.2mol/L的氨水25ml(NH3·H2O中的氫氧根離子量為0.005mol),振蕩1.5 h,得到納米氫氧化鈣吸附劑即本發(fā)明所述的高活性的CO2吸附劑。

實施例4

取實施例1的產(chǎn)品進行CO2吸收實驗,檢測經(jīng)過吸附處理后的空氣中的CO2濃度,經(jīng)過顯示在40分鐘時間內(nèi),檢測到的CO2濃度幾乎為零(如圖6),說明吸附效果很好。

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