本發(fā)明屬于煙氣co2捕集領(lǐng)域，特別涉及一種改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近幾年來(lái)能源消費(fèi)激增，二氧化碳排放量即將達(dá)到峰值，為實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)，碳減排將是未來(lái)幾年工作的重點(diǎn)。

2、植樹(shù)造林是一種常用的碳減排方法，但其潛力有限，難以滿足如此大規(guī)模的碳減排需求。因此，研發(fā)高效、可擴(kuò)展的碳捕獲技術(shù)就成為當(dāng)務(wù)之急。在眾多的碳捕集技術(shù)中，吸附法是利用多孔材料的范德華力或化學(xué)鍵吸附作用從混合氣體中分離co2，分為一次性吸附技術(shù)、常壓循環(huán)吸附/脫附技術(shù)和變壓吸附技術(shù)。一次性吸附技術(shù)所需吸附劑的量巨大，產(chǎn)生巨大的成本，而變壓吸附技術(shù)的運(yùn)行成本較高，常壓循環(huán)吸附/脫附技術(shù)具有成本低、設(shè)備和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。

3、吸附技術(shù)的核心是吸附劑，在眾多的吸附劑中，mofs材料uio-66具有異常發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和高穩(wěn)定性，特別適用于二氧化碳吸附，然而uio-66材料的合成成本偏高，并且對(duì)co2的吸附量和選擇性仍有待提高，這限制了其大規(guī)模應(yīng)用，若能采用一種來(lái)源廣泛、廉價(jià)的材料與uio-66材料進(jìn)行復(fù)合，大幅度降低uio-66復(fù)合材料的成本的同時(shí)提高co2的吸附量和選擇性，則為uio-66材料工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)uio-66材料因合成成本偏高、co2吸附量和選擇性仍有待提高而限制其在大規(guī)模應(yīng)用，本發(fā)明提供一種來(lái)源廣泛、廉價(jià)且具有良好吸附性能的改性玄武巖與uio-66材料進(jìn)行復(fù)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)co2具有高吸附性能和機(jī)械穩(wěn)定性。

2、為解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案：

3、一種改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料，改性玄武巖為k2o改性的玄武巖納米纖維，直徑約為15-25nm，改性玄武巖中k元素與玄武巖的質(zhì)量比為1:4，改性玄武巖與uio-66的質(zhì)量比為(0.2-0.4)：1.6。

4、進(jìn)一步的，所述改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的比表面積為936-1023m2/g，孔體積為0.72-0.76m3/g。

5、所述改性玄武巖的制備方法如下：

6、步驟1，將玄武巖在剛玉坩堝中充分研磨，加入硝酸鉀，而后在熔化溫度下將混合物熔化，得到k2o改性的熔融玄武巖，以多孔陽(yáng)極氧化鋁為模板，采用脈沖噴射法將k2o改性的熔融玄武巖噴到氧化鋁模板中，在氧化鋁模板內(nèi)形成表面粗糙的納米纖維；

7、步驟2，采用一定濃度的naoh溶液蝕刻除去氧化鋁模板以及玄武巖中的氧化硅和氧化鋁及其他組分，并且強(qiáng)化納米纖維的表面堿性，制備出具備納米孔的k2o改性的玄武巖納米纖維。

8、一種改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

9、步驟1，將玄武巖在剛玉坩堝中充分研磨，加入硝酸鉀，而后在熔化溫度下將混合物熔化，得到k2o改性的熔融玄武巖，以多孔陽(yáng)極氧化鋁為模板，采用脈沖噴射法將k2o改性的熔融玄武巖噴到氧化鋁模板中，在氧化鋁模板內(nèi)形成表面粗糙的納米纖維；

10、步驟2，采用一定濃度的naoh溶液蝕刻除去氧化鋁模板以及玄武巖中的氧化硅和氧化鋁及其他組分，并且強(qiáng)化納米纖維的表面堿性，制備出具備納米孔的k2o改性的玄武巖納米纖維；

11、步驟3，采用文丘里除塵法將氯化鋯浸漬到步驟2制得的k2o改性的玄武巖納米纖維中，具體操作如下：將k2o改性的玄武巖納米纖維置于文丘里除塵器的進(jìn)料斗中，k2o改性的玄武巖納米纖維進(jìn)料后在進(jìn)氣管中被高速氣流分散和加速，然后沿著收縮管進(jìn)入喉管，氯化鋯溶液從喉管周圍環(huán)形分布的噴嘴中噴出，被高速氣流霧化和加速，完成氯化鋯液滴對(duì)k2o改性的玄武巖納米纖維的充分碰撞和浸漬，而后沿著擴(kuò)散管和連接管進(jìn)入旋風(fēng)分離器，完成氣固分離；

12、步驟4，對(duì)步驟3分離出固體進(jìn)行干燥，然后在管式爐中高溫處理4h，得到氯化鋯和氨基修飾的k2o改性的玄武巖納米纖維；

13、步驟5，將步驟4制得的氯化鋯和氨基修飾的k2o改性的玄武巖納米纖維與氯化鋯、對(duì)苯二甲酸按照一定的質(zhì)量比溶于dmf溶劑中，轉(zhuǎn)移反應(yīng)釜中，在150℃下反應(yīng)24h，冷卻后，將沉淀用dmf和乙醇洗滌3次，在160℃下干燥，得到最終的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料。

14、進(jìn)一步的，步驟1中硝酸鉀中的k元素與玄武巖的質(zhì)量比為1:4，所述熔化溫度為1500℃，所述脈沖噴射法是將1500℃的壓縮空氣和k2o摻雜的熔融玄武巖混合噴射的方法，壓縮空氣的壓力為10atm；

15、進(jìn)一步的，步驟2中所述naoh溶液濃度為10wt％，處理時(shí)間為1h；

16、進(jìn)一步的，步驟3中所述進(jìn)氣管中高速氣流的速度為40m/s，喉管與進(jìn)氣管的直徑比為1:2，氯化鋯與納米纖維的進(jìn)料質(zhì)量比為3:8；

17、進(jìn)一步的，步驟4中所述干燥溫度為120℃，管式爐高溫處理的溫度為400℃，氣氛為氨氣:氮?dú)猓?:9的混合氣氛；

18、進(jìn)一步的，步驟5中所述改性玄武巖納米纖維與氯化鋯、對(duì)苯二甲酸(h2bdc)的質(zhì)量比為(0.2-0.4):1.4:1。

19、一種改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的應(yīng)用，用于對(duì)co2的吸附。

20、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，具有如下優(yōu)勢(shì)：(1)復(fù)合材料中的改性玄武巖是采用脈沖噴射法和naoh刻蝕制備的k2o改性玄武巖納米纖維，具有更高的比表面積、孔體積和更多的表面堿性吸附位點(diǎn)；(2)在制備改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料之前，k2o改性玄武巖納米纖維先進(jìn)行氯化鋯和氨基修飾，氨基修飾可增加堿性吸附位點(diǎn)，文丘里除塵法可以將氯化鋯高分散地負(fù)載到納米纖維上；(3)表面負(fù)載氯化鋯的納米纖維與uio-66的合成原料進(jìn)行配位反應(yīng)，將納米纖維均勻地嵌入uio-66中，制備出具有高比表面積、孔體積和活性吸附位點(diǎn)的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料，因而具備高co2吸附量和co2/n2選擇性；(4)改性玄武巖的原料價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于uio-66，因此復(fù)合材料的成本下降，為大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用提供了保障。

技術(shù)特征：

1.一種改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料，其特征在于，改性玄武巖為k2o改性的玄武巖納米纖維，直徑為15-25nm，改性玄武巖中k元素與玄武巖的質(zhì)量比為1:4，改性玄武巖與uio-66的質(zhì)量比為(0.2-0.4)：1.6。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料，其特征在于，所述改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的比表面積為936-1023m2/g，孔體積為0.72-0.76m3/g。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料，其特征在于，所述改性玄武巖的制備方法如下：

4.一種如權(quán)利要求1所述的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟1中所述硝酸鉀中的k元素與玄武巖的質(zhì)量比為1:4，所述熔化溫度為1500℃，所述脈沖噴射法是將1500℃的壓縮空氣和k2o摻雜的熔融玄武巖混合噴射的方法，壓縮空氣的壓力為10atm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟2中naoh溶液濃度為10wt％，處理時(shí)間為1h。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟3中所述進(jìn)氣管中高速氣流的速度為40m/s，喉管與進(jìn)氣管的直徑比為1:2，氯化鋯與k2o改性的玄武巖納米纖維的進(jìn)料質(zhì)量比為3:8。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟4中所述干燥溫度為120℃，管式爐高溫處理的溫度為400℃，氣氛為氨氣:氮?dú)猓?:9的混合氣氛。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟5中氯化鋯和氨基修飾的k2o改性的玄武巖納米纖維與氯化鋯、對(duì)苯二甲酸的質(zhì)量比為(0.2-0.4):1.4:1。

10.一種如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的改性玄武巖@uio-66復(fù)合材料的應(yīng)用，用于對(duì)co2的吸附。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種改性玄武巖@UiO?66復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該包括以下步驟：(1)以K<subgt;2</subgt;O改性的熔融玄武巖為原料，以多孔陽(yáng)極氧化鋁為模板，采用脈沖噴射法將熔融玄武巖噴到模板中，形成納米纖維；(2)采用NaOH溶液蝕刻除去氧化鋁模板以及玄武巖中的氧化硅和氧化鋁等組分，并且強(qiáng)化纖維的表面堿性，制備出具備納米孔的K<subgt;2</subgt;O改性玄武巖納米纖維；(3)采用文丘里除塵法將氯化鋯高分散地浸漬負(fù)載到K<subgt;2</subgt;O改性玄武巖納米纖維中，在旋風(fēng)分離器內(nèi)完成氣固分離；(4)將分離的固體干燥，在氨氣氣氛和400℃下處理，得到氯化鋯和氨基修飾的K<subgt;2</subgt;O改性玄武巖納米纖維；(5)將上述納米纖維與氯化鋯、對(duì)苯二甲酸按比例溶于DMF中，在150℃下反應(yīng)24h，經(jīng)洗滌和干燥，得到改性玄武巖@UiO?66復(fù)合材料。

技術(shù)研發(fā)人員：范蘭,萬(wàn)加兵,李桂龍,蔡新浩,許琦,宋夫交
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鹽城市蘭豐環(huán)境工程科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10