一种含有金属铜的单原子流体制备方法与流程

1.本发明涉及工艺设计领域，具体涉及一种含有金属铜的单原子流体制备方法。


背景技术：

2.二氧化碳是一种常见的温室气体，近年来随着工业化的不断加剧，二氧化碳排放日趋增加，如何降低二氧化碳的排放的同时将二氧化碳重新利用，成为当下各界科研工作者们研究的焦点。二氧化碳的捕集与封存(ccs)技术目前是直接减少大气中二氧化碳的最有效技术。目前国内二氧化碳捕集的主流技术主要有化学吸收法、物理吸收法、吸附分离法和膜分离法等，这些技术在设备、投资、能耗和产品上都各有不同，化学吸收法当前在技术上相对成熟且应用最广，在国内外均有多项建成和在建项目，综合对比可以看出，化学吸收法是国内外应用最多且未来碳捕集领域发展的主要趋势。
3.化学吸收法的高co2捕集率的优势下所带来的不足之处是吸收剂的再生能耗相对较高，导致运行成本较高，这种高能耗很大程度上取决于用于二氧化碳捕集的溶剂选择。寻找吸收选择性高、廉价易得且再生能耗低的吸收剂成为二氧化碳捕集技术的又一大难题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种含有金属铜的单原子流体制备方法，可以用于二氧化碳捕集技术中，同时在二氧化碳吸收的过程中拥有高选择性、容易制备、稳定性高并且再生能耗低的优势。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种含有金属铜的单原子流体制备方法，向溶剂中加入氢化亚铜粉末，再加入有机导电聚合物后，然后加入氮氧自由基哌啶醇或pybig，搅拌均匀，得到含有金属铜的单原子流体。
7.本发明进一步的改进在于，含有金属铜的单原子流体中，按质量百分比计，包括0.4％
‑
1.5％的氢化亚铜、0.5％
‑
2％的有机导电聚合物、0.5
‑
2％的氮氧自由基哌啶醇，其余为溶剂；或按质量百分比计，包括0.4％
‑
1.5％的氢化亚铜、0.5％
‑
2％的有机导电聚合物、0.5
‑
2％的pybig，其余为溶剂。
8.本发明进一步的改进在于，含有金属铜的单原子流体中，按质量百分比计，包括0.4％
‑
1％的氢化亚铜、0.5％
‑
1％的有机导电聚合物、0.5
‑
1％的氮氧自由基哌啶醇，其余为溶剂。
9.本发明进一步的改进在于，含有金属铜的单原子流体中，按质量百分比计，包括1％
‑
1.5％的氢化亚铜、1％
‑
2％的有机导电聚合物、1
‑
2％的pybig，其余为溶剂。
10.本发明进一步的改进在于，含有金属铜的单原子流体中，按质量百分比计，包括1％
‑
1.5％的氢化亚铜、1％
‑
2％的有机导电聚合物、1
‑
2％的氮氧自由基哌啶醇，其余为溶剂。
11.本发明进一步的改进在于，溶剂为n,n
‑
二甲基甲酰胺。
12.本发明进一步的改进在于，有机导电聚合物为聚苯胺。
13.本发明进一步的改进在于，搅拌的具体条件为：温度为20
‑
30℃，压力为0.1mpa，搅拌时间为20
‑
24h。
14.与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明利用了氢化亚铜、聚苯胺和氮氧自由基哌啶醇/pybig、n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液搅拌，一步法制得含有金属铜的单原子流体，制备方法简单，易于实现工业化生产，反应周期短，产率高，能有效提高工作效率。该单原子流体具有良好的电化学活性和环境稳定性，可以用于二氧化碳捕集，在二氧化碳吸收塔中该混合溶剂基于反应热通过聚苯胺和氮氧自由基哌啶醇/pybig的作用产生热电效应，既可以实现二氧化碳的脱除，又可以根据流体自身热电效应产生电能节省能源。
15.进一步的，在有机导电聚合物聚苯胺的作用下，氢化亚铜较易得到电子转化为铜原子，通过长时间的磁力搅拌从而分散在溶液中。
附图说明
16.图1为本发明方法的工艺流程框图。
具体实施方式
17.下面对本发明进行详细描述。
18.参见图1，本发明的一种含有金属铜的单原子流体制备方法，包括以下步骤：
19.(1)制备方法：按质量百分比计，称取0.4％
‑
1.5％的氢化亚铜、0.5％
‑
2％的聚苯胺的质量分数为、0.5
‑
2％的氮氧自由基哌啶醇，0.5
‑
2％pybig，其余为n,n
‑
二甲基甲酰胺；
20.向n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液中首先加入氢化亚铜粉末，再加入聚苯胺与氮氧自由基哌啶醇，或者加入聚苯胺与pybig(成分为吡啶
‑
2,6
‑
二亚氨基胍，pybig制备方法参见文献：seipp ca,williams n j,kidder m k,et al.co2 capture from ambient air by crystallization with aguanidine sorbent[j].angew chem int ed engl,2017,56(4):1042
‑
1045.seipp c a,williams n j,kidder m k,et al.co2 capture from ambient air by crystallization with a guanidine sorbent[j].angew chem int ed engl,2017,56(4):1042
‑
1045.)，然后在温度为20
‑
30℃，压力为0.1mpa的环境磁力搅拌20
‑
24h，使这四种物质充分混合均匀，得到含有金属铜的单原子流体。
[0021]
(2)用途：该单原子流体可以用于二氧化碳捕集，在20℃和0.1mpa下，烟气中二氧化碳的负荷为0.2mol/mol至0.3mol/mol时，co2吸收效率达到80％～90％。在二氧化碳吸收塔中该混合溶剂基于反应热通过聚苯胺和氮氧自由基哌啶醇/pybig的作用产生热电效应，既可以实现二氧化碳的脱除，又可以根据流体自身热电效应产生电能节省能源。
[0022]
实施例1
[0023]
向20ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液中加入0.2g氢化亚铜固体粉末，加入0.1g的聚苯胺和0.1g氮氧自由基哌啶醇，在温度为25℃，压力为0.1mpa的环境磁力搅拌24h，使这四种物质充分混合均匀，长时间磁力搅拌后得到含有金属铜的单原子流体。
[0024]
在有机导电聚合物聚苯胺和氮氧自由基哌啶醇的作用下，氢化亚铜转化为铜原子，通过长时间的磁力搅拌使得铜原子分散在溶液中，得到含有金属铜的单原子流体。
[0025]
实施例2
[0026]
向50ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液中加入0.2g氢化亚铜固体粉末，加入1g的聚苯胺和1g氮氧自由基哌啶醇，在温度为25℃，压力为0.1mpa的环境磁力搅拌24h，使这四种物质充分混合均匀，长时间磁力搅拌后得到含有金属铜的单原子流体。
[0027]
在有机导电聚合物聚苯胺和氮氧自由基哌啶醇的作用下，氢化亚铜转化为铜原子，通过长时间的磁力搅拌使得铜原子分散在溶液中得到含有金属铜的单原子流体。
[0028]
实施例3
[0029]
向20ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液中加入0.1g氢化亚铜固体粉末，加入0.1g的聚苯胺和0.1g pybig，在温度为25℃，压力为0.1mpa的环境磁力搅拌24h使这四种物质充分混合均匀，长时间磁力搅拌后得到含有金属铜的单原子流体。
[0030]
在有机导电聚合物聚苯胺和氮氧自由基哌啶醇的作用下，氢化亚铜转化为铜原子，通过长时间的磁力搅拌使得铜原子分散在溶液中得到含有金属铜的单原子流体。
[0031]
实施例4
[0032]
向50ml的n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液中加入0.2g氢化亚铜固体粉末，加入1g的聚苯胺和1gpybig，在温度为25℃，压力为0.1mpa的环境磁力搅拌24h，使这四种物质充分混合均匀，长时间磁力搅拌后得到含有金属铜的单原子流体。
[0033]
将实施例1
‑
4的单原子流体可以用于二氧化碳捕集，在20℃和0.1mpa下，烟气中二氧化碳的负荷为0.2mol/mol至0.3mol/mol时，co2吸收效率达到80％～90％。在二氧化碳吸收塔中该混合溶剂基于反应热通过聚苯胺和氮氧自由基哌啶醇/pybig的作用产生热电效应，既可以实现二氧化碳的脱除，又可以根据流体自身热电效应产生电能节省能源。
[0034]
实施例5
[0035]
(1)制备方法：按质量百分比计，称取0.4％的氢化亚铜、2％的聚苯胺、2％的氮氧自由基哌啶醇，其余为n,n
‑
二甲基甲酰胺(n,n
‑
二甲基甲酰胺体积100ml)；
[0036]
向n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液中首先加入氢化亚铜粉末，再加入聚苯胺与氮氧自由基哌啶醇，在温度为20℃，压力为0.1mpa的环境磁力搅拌20h，使这四种物质充分混合均匀，得到含有金属铜的单原子流体。
[0037]
实施例6
[0038]
(1)制备方法：按质量百分比计，称取1.5％的氢化亚铜、0.5％的聚苯胺、0.5％的氮氧自由基哌啶醇，其余为n,n
‑
二甲基甲酰胺(n,n
‑
二甲基甲酰胺体积100ml)；
[0039]
向n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液中首先加入氢化亚铜粉末，再加入聚苯胺与氮氧自由基哌啶醇，在温度为30℃，压力为0.1mpa的环境磁力搅拌21h，使这四种物质充分混合均匀，得到含有金属铜的单原子流体。
[0040]
实施例7
[0041]
制备方法：按质量百分比计，称取0.8％的氢化亚铜、1％的聚苯胺、1.5％pybig，其余为n,n
‑
二甲基甲酰胺(n,n
‑
二甲基甲酰胺体积100ml)；
[0042]
向n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液中首先加入氢化亚铜粉末，再加入聚苯胺与pybig，在温度为25℃，压力为0.1mpa的环境磁力搅拌22h，使这四种物质充分混合均匀，得到含有金属铜的单原子流体。
[0043]
实施例8
[0044]
制备方法：按质量百分比计，称取1.2％的氢化亚铜、1.5％的聚苯胺、1％pybig，其
余为n,n
‑
二甲基甲酰胺(n,n
‑
二甲基甲酰胺体积100ml)；
[0045]
向n,n
‑
二甲基甲酰胺溶液中首先加入氢化亚铜粉末，再加入聚苯胺与pybig，在温度为28℃，压力为0.1mpa的环境磁力搅拌24h，使这四种物质充分混合均匀，得到含有金属铜的单原子流体。
[0046]
在有机导电聚合物聚苯胺和氮氧自由基哌啶醇的作用下，氢化亚铜转化为铜原子，通过长时间的磁力搅拌使得铜原子分散在溶液中得到含有金属铜的单原子流体。含有金属铜的单原子流体可应用在工业电厂烟道气的二氧化碳捕集工艺中，对于环境治理有较好的效果。
[0047]
本发明有以下优势：
[0048]
1.通过一步法简单操作制备含有金属铜的单原子流体；
[0049]
2.制备方法不涉及大型复杂设备，生产成本低；
[0050]
3.操作过程中不产生废液，环境友好；
[0051]
4.制备的含有金属铜的单原子流体，流体本身有热电效应可以极大的降低吸收剂再生过程的能耗。以传统的乙醇胺捕集二氧化碳的能耗(约3.5gj/t co2)为对比，用含有铜的单原子流体捕集二氧化碳的能耗仅为1.5gj/t co2，能耗降低超过50％。证实了含有铜的单原子流体既可实现工业电厂烟道气二氧化碳脱除，又可以降低单原子流体吸收后的再生过程能耗。