固态胺吸附材料及其制备方法与流程

本申请涉及二氧化碳捕集，尤其涉及一种固态胺吸附材料及其制备方法。

背景技术：

1、固态胺吸附材料因其高选择性、低再生能耗等优点，被广泛用于二氧化碳（co2）捕集领域。然而，在实际工业烟气（如燃煤、钢铁、水泥、垃圾焚烧等行业尾气）中，不可避免地含有二氧化硫（so2）等酸性杂质气体。so2作为强lewis酸气体，可与固态胺发生强相互作用，与co2竞争活性位点，且与有机胺中的伯胺和仲胺形成不可逆的磺胺类化合物或硫酸铵盐，导致固态胺难以脱附再生，循环使用寿命大幅降低。因此，开发兼具高co2吸附容量和优异抗so2毒化能力的固态胺吸附材料，是目前固态胺吸附材料在含硫烟气工况下工业应用的技术难题。

2、上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种固态胺吸附材料及其制备方法，实现在保证固态胺吸附材料高co2吸附容量的前提下，显著提升材料在含so2气氛中的循环稳定性。

2、为实现上述目的，本申请提出一种固态胺吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

3、将多孔载体进行干燥活化，得到活化的多孔载体；

4、将活化的多孔载体与偶联剂混合，得到改性载体；

5、将改性载体与活性胺组分混合，得到胺负载材料；

6、将胺负载材料与烷基化保护剂混合，得到固态胺吸附材料。

7、在一实施例中，多孔载体包括γ-氧化铝、介孔二氧化硅、多孔树脂和分子筛中的至少一种；

8、和/或，偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种；

9、和/或，活性胺组分包括聚乙烯亚胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺和三乙烯四胺中的至少一种；

10、和/或，烷基化保护剂包括环氧丙烷、环氧丁烷、环氧乙烷和环氧氯丙烷中的至少一种。

11、在一实施例中，偶联剂的用量为活化的多孔载体的质量的5 %~20 %；

12、和/或，活性胺组分的用量为改性载体的质量的20 %~80 %；

13、和/或，烷基化保护剂与活性胺组分中伯胺基团的摩尔比为（0.1~2）:1。

14、在一实施例中，将多孔载体进行干燥活化，得到活化的多孔载体的步骤包括：

15、将多孔载体在100~120 ℃的条件下进行干燥活化，其中，干燥活化的时间为2~4h。

16、在一实施例中，将活化的多孔载体与偶联剂混合，得到改性载体的步骤包括：

17、将活化的多孔载体分散于无水有机溶剂，加入偶联剂，在氮气氛围、60~110 ℃的条件下反应6~12 h，并进行过滤、洗涤和干燥，得到改性载体，其中，无水有机溶剂包括甲苯、乙醇和异丙醇中的至少一种。

18、在一实施例中，将改性载体与活性胺组分混合，得到胺负载材料的步骤包括：

19、将改性载体分散于无水甲醇和/或无水乙醇，加入活性胺组分并搅拌2~6 h，通过旋转蒸发和干燥，得到胺负载材料。

20、在一实施例中，将改性载体与活性胺组分混合，得到胺负载材料的步骤还包括：

21、将改性载体分散于无水甲醇和/或无水乙醇，加入活性胺组分以及辅助稳定剂，搅拌2~6 h，通过旋转蒸发和干燥，得到胺负载材料。

22、在一实施例中，辅助稳定剂包括聚乙二醇和丙三醇中的至少一种；

23、辅助稳定剂的用量为活性胺组分的质量的5 %~30 %。

24、在一实施例中，将胺负载材料与烷基化保护剂混合，得到固态胺吸附材料的步骤包括：

25、将胺负载材料分散于无水乙醇，加入烷基化保护剂，在室温或40~60 ℃的条件下反应4~12 h，并进行过滤、洗涤和干燥，得到固态胺吸附材料。

26、此外，为实现上述目的，本申请提出一种固态胺吸附材料，该固态胺吸附材料通过如上所述的方法制备得到。

27、本申请提出的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：通过将多孔载体进行干燥活化，得到活化的多孔载体；将活化的多孔载体与偶联剂混合，得到改性载体，偶联剂与多孔载体表面的羟基形成化学键合，在载体表面形成有机分子桥，使后续负载的活性胺组分通过化学反应或强氢键锚固于载体表面，显著抑制了循环过程中的胺流失，提高了材料的长期结构稳定性；将改性载体与活性胺组分混合，得到胺负载材料；将胺负载材料与烷基化保护剂混合，得到固态胺吸附材料，采用“先负载后烷基化”的原位保护顺序，先将活性胺组分均匀负载于偶联剂改性载体的孔道内，再加入烷基化保护剂进行原位烷基化，避免了烷基化后胺粘度过大导致的负载不均匀问题，载体孔道的空间限域效应可抑制过度烷基化，保留更多co2吸附活性位点，从而维持较高的co2吸附容量；此外，偶联剂的化学锚固与原位烷基化保护形成协同效应：一方面，偶联剂使活性胺组分稳定驻留于载体孔道内，孔道限域效应使烷基化反应更加可控，抑制过度烷基化，另一方面，烷基化保护剂选择性转化伯胺为具有空间位阻的仲胺，有效抑制so2的不可逆吸附，同时，烷基化后生成的羟基可进一步增强与偶联剂的氢键键合，形成稳定的三维网络结构，使得材料在含so2气氛中经多次循环后仍保持优异的co2捕集性能。本申请实现了在保证固态胺吸附材料高co2吸附容量的前提下，显著提升了材料在含so2气氛中的循环稳定性。

1.一种固态胺吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔载体包括γ-氧化铝、介孔二氧化硅、多孔树脂和分子筛中的至少一种；

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偶联剂的用量为所述活化的多孔载体的质量的5 %~20 %；

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将多孔载体进行干燥活化，得到活化的多孔载体的步骤包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述活化的多孔载体与偶联剂混合，得到改性载体的步骤包括：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述改性载体与活性胺组分混合，得到胺负载材料的步骤包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述改性载体与活性胺组分混合，得到胺负载材料的步骤还包括：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述辅助稳定剂包括聚乙二醇和丙三醇中的至少一种；

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述胺负载材料与烷基化保护剂混合，得到固态胺吸附材料的步骤包括：

10.一种固态胺吸附材料，其特征在于，所述固态胺吸附材料通过如权利要求1至9中任一项所述的方法制备得到。