本發(fā)明涉及二氧化碳捕集，具體涉及一種二氧化碳吸收劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、二氧化碳是引發(fā)全球變暖的重要原因之一，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會提出?2050年全球平均氣溫增長不超過2℃，與之對應(yīng)的需減少50%的二氧化碳排放量。為了應(yīng)對二氧化碳排放對全球氣候變化的影響，大量的減碳技術(shù)應(yīng)運而生，其中碳捕獲、利用與封存由于具有減排規(guī)模大、減排效益明顯的特點成為減碳技術(shù)的研究重點之一。

2、碳捕捉技術(shù)中最關(guān)鍵的一步是二氧化碳的捕集。二氧化碳捕集技術(shù)可以分為燃燒前捕集、富氧燃燒和燃燒后捕集。燃燒后二氧化碳捕集技術(shù)主要包括吸附、吸收、膜分離、深冷等方法。從工業(yè)實用性角度而言，采用基于吸收劑的化學(xué)吸收法來吸收燃燒后煙道氣中的二氧化碳，具有吸收速率快、吸收容量大等優(yōu)點，是當(dāng)前最具商業(yè)化應(yīng)用前景的二氧化碳捕獲技術(shù)之一，但目前該技術(shù)采用的吸收劑存在不穩(wěn)定、具有腐蝕性和再生能耗高等缺點，限制了其進一步推廣應(yīng)用。

3、除此之外，二氧化碳捕集技術(shù)還有固體吸附法、膜分離法以及低溫蒸餾法等，但距離大規(guī)模應(yīng)用仍需要進行更多的研究與探索。因此，從吸收劑的發(fā)展角度來快速識別和設(shè)計高效、節(jié)能、環(huán)保的二氧化碳吸收劑是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的二氧化碳吸收劑再生能耗高、熱穩(wěn)定性差等問題，提供一種新的二氧化碳吸收劑及其制備方法。該二氧化碳吸收劑具有較好的二氧化碳吸收效果，再生能耗較低，整體性能較好。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供了一種二氧化碳吸收劑，該二氧化碳吸收劑含有納米顆粒，所述納米顆粒為多元有機胺通過有機硅化合物結(jié)合到二氧化硅納米顆粒表面形成的顆粒，其中，所述有機硅化合物為具有有機硅官能團-sir3和有機酸官能團，三個r各自為羥基或c1-c6的烷基。

3、優(yōu)選地，所述二氧化硅納米顆粒、所述有機硅化合物和所述多元有機胺的質(zhì)量比為1：(1.5-20)：(2-20)，進一步優(yōu)選為1：(3-18)：(3-20)。

4、優(yōu)選地，所述有機硅化合物為3-(三羥基硅基)-1-丙烷磺酸、3-(三甲基甲硅烷基)丙炔酸、三異丙基甲硅烷基三氟甲烷磺酸和3-三羥基甲硅烷基丙基甲基磷酸中的至少一種。

5、優(yōu)選地，所述多元有機胺為c2-c12的烷基二胺、c2-c12的亞烷基二胺、c2-c12的亞烷基三胺、c2-c12的亞烷基四胺、c2-c12的亞烷基五胺和c6-c18的芳基二胺中的至少一種；進一步優(yōu)選為1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,8-二氨基辛烷、四亞乙基五胺、三乙烯四胺、二亞乙基三胺和三亞乙基四胺中的至少一種。

6、本發(fā)明第二方面提供了一種制備前文所述的二氧化碳吸收劑的方法，該方法包括以下步驟：

7、（1）制備納米二氧化硅懸浮液；

8、（2）將所述納米二氧化硅懸浮液與有機硅化合物混合反應(yīng)，得到改性二氧化硅膠體懸浮液；

9、（3）將所述改性二氧化硅膠體懸浮液與多元有機胺混合反應(yīng)；

10、其中，所述有機硅化合物具有有機硅官能團-sir3和有機酸官能團，三個r各自為羥基或c1-c6的烷基。

11、優(yōu)選地，所述納米二氧化硅懸浮液以二氧化硅計、所述有機硅化合物和所述多元有機胺的用量質(zhì)量比為1：(1.5-20)：(2-20)，進一步優(yōu)選為1：(3-18)：(3-20)。

12、優(yōu)選地，所述有機硅化合物為3-(三羥基硅基)-1-丙烷磺酸、3-(三甲基甲硅烷基)丙炔酸、三異丙基甲硅烷基三氟甲烷磺酸和3-三羥基甲硅烷基丙基甲基磷酸中的至少一種。

13、優(yōu)選地，所述多元有機胺為c2-c12的烷基二胺、c2-c12的亞烷基二胺、c2-c12的亞烷基三胺、c2-c12的亞烷基四胺、c2-c12的亞烷基五胺和c6-c18的芳基二胺中的至少一種，優(yōu)選為1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,8-二氨基辛烷、四亞乙基五胺、三乙烯四胺、二亞乙基三胺和三亞乙基四胺中的至少一種。

14、優(yōu)選地，在步驟（1）中，制備納米二氧化硅懸浮液的過程包括：將硅溶膠與水混合。

15、優(yōu)選地，在步驟（2）中，所述反應(yīng)的條件包括：ph值為4-8，進一步優(yōu)選為5-7；溫度為40-80℃，進一步優(yōu)選為50-70℃；時間為4-48h，進一步優(yōu)選為6-42h。

16、優(yōu)選地，在步驟（2）中，制備所述改性二氧化硅膠體懸浮液的過程包括：將所述納米二氧化硅懸浮液與有機硅化合物的水溶液混合，將所得混合物的ph值調(diào)節(jié)至4-8，接著進行反應(yīng)，將反應(yīng)后的混合物進行透析，然后使用離子交換樹脂對透析后的液體進行處理。

17、優(yōu)選地，在步驟（2）中，所述透析的過程中使用的透析膜的截留分子量為2000-5000，優(yōu)選為3000-4000。

18、優(yōu)選地，在步驟（3）中，所述多元有機胺以水溶液的形式使用，且所述多元有機胺的水溶液的濃度為10-50wt%。

19、按照本發(fā)明的二氧化碳吸收劑，將多元有機胺通過有機硅化合物結(jié)合（化學(xué)鍵結(jié)合）到二氧化硅納米顆粒的表面，使得該二氧化碳吸收劑與單純的醇胺吸收劑相比具有更好的二氧化碳吸收效果，更低的再生能耗。具體的，在二氧化碳吸收和解吸的過程中，使用本發(fā)明的二氧化碳吸收劑可以獲得更高的富液負載量和更低的貧液負載量。

技術(shù)特征：

1.一種二氧化碳吸收劑，其特征在于，該二氧化碳吸收劑含有納米顆粒，所述納米顆粒為多元有機胺通過有機硅化合物結(jié)合到二氧化硅納米顆粒表面形成的顆粒，其中，所述有機硅化合物具有有機硅官能團-sir3和有機酸官能團，三個r各自為羥基或c1-c6的烷基。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳吸收劑，其特征在于，二氧化硅納米顆粒、所述有機硅化合物和所述多元有機胺的質(zhì)量比為1：(1.5-20)：(2-20)，優(yōu)選為1：(3-18)：(3-20)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二氧化碳吸收劑，其特征在于，所述有機硅化合物為3-(三羥基硅基)-1-丙烷磺酸、3-(三甲基甲硅烷基)丙炔酸、三異丙基甲硅烷基三氟甲烷磺酸和3-三羥基甲硅烷基丙基甲基磷酸中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的二氧化碳吸收劑，其特征在于，所述多元有機胺為c2-c12的烷基二胺、c2-c12的亞烷基二胺、c2-c12的亞烷基三胺、c2-c12的亞烷基四胺、c2-c12的亞烷基五胺和c6-c18的芳基二胺中的至少一種，優(yōu)選為1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,8-二氨基辛烷、四亞乙基五胺、三乙烯四胺、二亞乙基三胺和三亞乙基四胺中的至少一種。

5.一種二氧化碳吸收劑的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述納米二氧化硅懸浮液以二氧化硅計、所述有機硅化合物和所述多元有機胺的用量質(zhì)量比為1：(1.5-20)：(2-20)，優(yōu)選為1：(3-18)：(3-20)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述有機硅化合物為3-(三羥基硅基)-1-丙烷磺酸、3-(三甲基甲硅烷基)丙炔酸、三異丙基甲硅烷基三氟甲烷磺酸和3-三羥基甲硅烷基丙基甲基磷酸中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述多元有機胺為c2-c12的烷基二胺、c2-c12的亞烷基二胺、c2-c12的亞烷基三胺、c2-c12的亞烷基四胺、c2-c12的亞烷基五胺和c6-c18的芳基二胺中的至少一種，優(yōu)選為1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,8-二氨基辛烷、四亞乙基五胺、三乙烯四胺、二亞乙基三胺和三亞乙基四胺中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任意一項所述的方法，其特征在于，在步驟（1）中，制備納米二氧化硅懸浮液的過程包括：將硅溶膠與水混合。

10.根據(jù)權(quán)利要求5-9中任意一項所述的方法，其特征在于，在步驟（2）中，所述反應(yīng)的條件包括：ph值為4-8，優(yōu)選為5-7；溫度為40-80℃，優(yōu)選為50-70℃；時間為4-48h，優(yōu)選為6-42h。

11.根據(jù)權(quán)利要求5-9中任意一項所述的方法，其特征在于，在步驟（2）中，制備所述改性二氧化硅膠體懸浮液的過程包括：將所述納米二氧化硅懸浮液與有機硅化合物的水溶液混合，將所得混合物的ph值調(diào)節(jié)至4-8，接著進行反應(yīng)，將反應(yīng)后的混合物進行透析，然后使用離子交換樹脂對透析后的液體進行處理；

12.根據(jù)權(quán)利要求5-9中任意一項所述的方法，其特征在于，在步驟（3）中，所述多元有機胺以水溶液的形式使用，且所述多元有機胺的水溶液的濃度為10-50wt%。

13.由權(quán)利要求5-12中任意一項所述的方法制備的二氧化碳吸收劑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及二氧化碳捕集技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種二氧化碳吸收劑及其制備方法。該二氧化碳吸收劑通過有機硅化合物將多元有機胺結(jié)合到二氧化硅納米顆粒表面形成一種表面功能化的納米顆粒，其中，所述有機硅化合物具有有機硅官能團?SiR3和有機酸官能團，三個R各自為羥基或C1?C6的烷基。本發(fā)明的二氧化碳吸收劑具有傳熱傳質(zhì)性能更優(yōu)異、熱穩(wěn)定性高、飽和蒸氣壓低、吸收速率快、解吸能耗低等特點，整體性能更加優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：杜庶銘,于芳,徐冬,李亞巍,高凱,史曉宏,孟瑞紅,陳創(chuàng)社,李立雯
受保護的技術(shù)使用者：國家能源集團新能源技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10