基于碳捕集胺基吸收剂催化再生的整体式催化再生材料及其制备方法和用途

本发明涉及一种基于碳捕集胺基吸收剂催化再生的整体式催化再生材料及其制备方法和用途，属于温室气体减排及节能领域。

背景技术：

1、目前的碳捕集技术面临着高能耗和高成本的挑战。特别是在使用醇胺吸收法时，由于醇胺中的氮原子与co2形成强键合作用，同时传统技术难以精确控制质子迁移过程，导致co2解吸通常需要较高的温度(110～130℃)，从而显著提高了能耗并限制了技术的推广应用。

2、为了解决这一问题，催化解吸技术成为提升co2解吸效率的重要途径。通过开发高活性固体酸材料，能够有效提高co2解吸过程中的传质、传热和动力学性能，从而推动低能耗碳捕集技术的发展。针对固体酸催化co2解吸工艺，引用文献1提出了一种用于富co2胺溶液解吸的fezr@复合分子筛型催化剂的制备方法。相关研究表明，固体酸催化剂可以作为酸性位点，显著提高co2解吸效率。研究表明，通过固体酸催化剂的应用，能够有效提升co2解吸的效率，从而降低碳捕集的能耗和成本。

3、另外，引用文献2还公开一种用于降低碳捕集能耗的α-fe2o3材料及其制备方法和应用。将所述金属氧化物α-fe2o3催化剂加入至co2富集相中，在90～95℃下反应解吸co2，实现低能耗下有机胺的再生。

4、然而，大多数关于催化co2解吸的研究仍然停留在实验室阶段，催化剂以粉末的形式存在，而实际烟气碳捕集装置为整装填料塔，粉末催化剂无法在实际烟气碳捕集装置中稳定循环。此外，碳捕集装置中引入固体粉末催化剂，会改变气液传质平衡，传输管路存在堵塞风险，从而导致系统稳定性下降。

5、因此，降低胺溶剂再生温度和能耗，并优化催化剂与碳捕集装置匹配效果，开发设计新型高效的整装填料式催化剂用于碳捕集吸收剂再生过程，成为亟待解决的技术问题。

6、引用文献：

7、引用文献1：cn110681413a

8、引用文献2：cn116332238a

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种具有高活性、高稳定性的整体式催化再生材料，可以提高碳捕集co2解吸动力学，进而降低co2解吸过程的能耗和碳捕集运行成本，实现节能减排的目的。

3、进一步地，本发明还提供一种整体式催化再生材料的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

4、用于解决问题的方案

5、[1]、一种基于碳捕集胺基吸收剂催化再生的整体式催化再生材料，其包括：

6、载体，所述载体包括金属材料；以及，

7、碳层，所述碳层负载在所述载体的表面，其中，

8、所述碳层具有石墨相结构，且所述载体与碳层之间通过共价键相连接。

9、[2]、根据上述[1]所述的整体式催化再生材料，其中，所述金属材料包括金属板和/或金属填料。

10、[3]、根据上述[2]所述的整体式催化再生材料，其中，所述金属板的厚度为1-3mm；和/或，

11、所述金属填料包括弹簧填料、散装填料、规整填料中的一种或两种以上的组合。

12、[4]、根据上述[1]-[3]任一项所述的整体式催化再生材料，其中，每平方厘米的所述整体式催化再生材料中，碳层的含量为0.1-5mg。

13、[5]、一种根据上述[1]-[4]任一项所述的基于碳捕集胺基吸收剂催化再生的整体式催化再生材料的制备方法，其包括使所述载体表面负载碳层的步骤。

14、[6]、根据上述[5]所述的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

15、将载体置于含碳源的溶液中，得到预混物；

16、使所述预混物进行水热反应，得到预处理的载体；

17、对所述预处理的载体进行热处理，得到整体式催化再生材料。

18、[7]、根据上述[6]所述的制备方法，其中，所述含碳源的溶液中，碳源的质量浓度为1～20wt％；

19、优选地，所述碳源包括对苯二甲酸、葡萄糖、二甲基咪唑中的一种或两种以上的组合。

20、[8]、根据上述[6]或[7]所述的制备方法，其中，所述水热反应的温度为100～120℃；所述水热反应的时间为12h以上，优选为12～96h。

21、[9]、根据上述[6]-[8]任一项所述的制备方法，其中，所述热处理的温度为800～1000℃，所述热处理的时间为0.5h以上，优选为0.5～3h。

22、[10]、一种根据上述[1]-[4]任一项所述的整体式催化再生材料在胺法碳捕集工艺中的用途。

23、发明的效果

24、与现有的技术相比，本发明的催化再生材料至少具有以下技术效果：

25、(1)本发明提供的整体式催化再生材料为整装填料的形式，制备方法简单。

26、(2)本发明提供的整体式催化再生材料表明经过碳活化后具有石墨相结构，具有高活性、高稳定性的特点。

27、(3)本发明提供的整体式催化再生材料具有明显的co2解吸强化能力。

28、(4)本发明提供的催化再生材料耦合连续吸收-解吸装置及放大验证，经过稳定运行测试，证明了催化剂强化co2解吸的能力，且易于工业化。

1.一种基于碳捕集胺基吸收剂催化再生的整体式催化再生材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的整体式催化再生材料，其特征在于，所述金属材料包括金属板和/或金属填料。

3.根据权利要求2所述的整体式催化再生材料，其特征在于，所述金属板的厚度为1-3mm；和/或，

4.根据权利要求1-3任一项所述的整体式催化再生材料，其特征在于，每平方厘米的所述整体式催化再生材料中，碳层的含量为0.1-5mg。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的基于碳捕集胺基吸收剂催化再生的整体式催化再生材料的制备方法，其特征在于，包括使所述载体表面负载碳层的步骤。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述含碳源的溶液中，碳源的质量浓度为1～20wt％；

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为100～120℃；所述水热反应的时间为12h以上，优选为12～96h。

9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为800～1000℃，所述热处理的时间为0.5h以上，优选为0.5～3h。

10.一种根据权利要求1-4任一项所述的整体式催化再生材料在胺法碳捕集工艺中的用途。