CO2吸附劑及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種CO2吸附劑及其制備方法，該吸附劑為經過醇胺化合物進行表面改性的活性炭，其在高溫下也具有較高的CO2吸附容量。

CO2 adsorbent and preparation method thereof

The invention provides a CO2 adsorbent and a preparation method thereof, which is an activated carbon which is modified by an alcohol amine compound and has a high CO2 adsorption capacity at high temperature.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于吸附劑
，具體涉及一種CO2吸附劑及其制備方法。
技術介紹
二氧化碳(CO2)過量排放使區域生態環境系統中碳含量失衡引起全球變暖，對社會和經濟發展產生惡劣的影響。另外，在很多領域，例如醫療、食品領域、防空設施中也需要對二氧化碳進行有效地吸附。活性炭是一種多孔性的含炭物質，它具有高度發達的孔隙構造，具有很高的比表面積，是一種極優良的吸附劑和催化劑載體。而其吸附作用是通過物理性吸附力與化學性吸附力達成。其組成物質除了炭元素外，尚含有少量的氫、氮、氧等元素，其結構則為炭形成六環物堆積而成。由于六環炭的不規則排列，使得活性炭具有多微孔體積及高表面積的特性。活性炭被用于二氧化碳的吸附，但是通常吸附容量較低且吸附選擇性差。我國城市生活垃圾的年產量高達1.8億噸，城市人均垃圾年產量約為440公斤，且每年以超過10％的速度迅猛增加，預測到2030年，中國城市生活垃圾年產量將達到4.09億噸。大中城市，尤其是特大城市的人均垃圾產生量相對較高，其增長速率到達20％左右。如果對這些垃圾不能妥善的處理和處置，那其中的有毒有害物質(重金屬、病原微生物等)就會通過一定的環境介質如土壤、大氣、地表或地下水進入生態系統中并形成污染。這不僅會破壞生態環境，導致不可逆的生態變化，而且還會對動植物安全以及人類的健康造成危害。目前垃圾處理只能通過焚燒處理來減少垃圾容量。焚燒處理法會產生二噁英等各種危害環境的污染物質，安全的垃圾焚燒處理設備價格高、投資規模大，焚燒處理只能通過處理費用來維持運營，一般垃圾中樹脂、塑料類占10％左右，剩下的就是餐廚、紙、木片等。如果能夠將垃圾產生的活性炭加以利用，則能夠大幅降低吸附劑的成本，同時能夠使垃圾得到資源化利用。CN103949214A公開了一種以中藥渣為原料的重金屬吸附活性炭，其是將中藥渣按根莖殘渣質量百分含量分類后分別經高溫炭化及水蒸汽活化，再混合后與過氧化氫進行氧化反應，然后經甲基丙烯酸進行改性及利用交聯劑固化，最后烘干、粉碎制備而成。CN104150480A公開了一種吸附重金屬用超高比表面積活性炭的制備方法，通過將生物質原料干燥、粉碎至60～100目后放入微波反應器中，通入N2，控制微波功率、碳化溫度進行微波碳化，微波碳化50～100min后，冷卻得炭化料。取炭化料與有機醇鹽活化劑按1:1～10的質量比研磨混合均勻后，放入氣氛爐中升溫至800～1000℃并保溫100～300min，冷卻至室溫取出，經鹽酸洗后，再水洗至中性，干燥，即得活性炭。CN103203220A公開了一種二氧化碳吸附劑，其采用如下方法制備：(1)苯胺與Y型分子篩進行聚合反應，得到固體顆粒；(2)步驟(1)所述固體顆粒在惰性氣體條件下進行碳化反應，得到二氧化碳吸附劑。CN103240050A公開了一種用于二氧化碳的吸附劑，包括包含二價第一金屬(M1)、三價第二金屬(M2)和具有約2.0-約4.0的電負性的元素(A)的復合金屬氧化物。所述復合金屬氧化物可具有無定形結構。CN102413920A公開了一種氣體中的二氧化碳的回收方法，其中通過使氣體中的二氧化碳吸附在混合有吸附劑和氧化鐵納米粒子的混合吸附劑中，對所述混合吸附劑照射微波，使吸附在所述混合吸附劑中的所述二氧化碳從所述混合吸附劑中解吸，從而回收從所述混合吸附劑中解吸的所述二氧化碳。CN101543762公開了一種二氧化碳吸附劑，包括100重量份的活性炭，和10-60重量份的胺類物質，所述胺類物質均勻吸附于活性炭表面。然而，在上述文獻和其它現有技術中，使用的活性炭類吸附劑在高溫下吸附容量較低，通常僅僅在低溫下使用，并且CO2吸附選擇性比較差，本領域亟需一種在高溫下具有較高吸附容量且選擇性高的CO2吸附劑。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術人經過深入和系統研究，分析了生物質衍生活性炭吸附的特性和CO2的吸附機理，對活性炭進行了表面改性，使得在較高溫度下仍具有較高的CO2吸附容量，同時吸附性選擇性比較高。在本專利技術的一方面，提供了一種CO2吸附劑，該CO2吸附劑為表面用醇胺化合物進行處理的活性炭，其中以吸附劑的總重量計，胺化合物的含量為2-10重量％。優選地，所述活性炭為衍生自生物質的活性炭。優選地，所述活性炭的中孔孔體積占總孔體積的5-10％，大孔孔體積占總孔體積的90-95％。這樣的大孔體積分布，特別有利于對CO2的選擇性吸附。在一個優選實施方式中，所述生物質為垃圾。就本專利技術而言，所述吸附劑具有良好的CO2高溫吸附容量。優選地，該吸附劑在60℃具有25-30ml/g，優選29ml/g的CO2吸附容量。優選地，該吸附劑在80℃具有20-25ml/g，優選24ml/g的CO2吸附容量。在本專利技術的另一方面，提供了制備前述CO2吸附劑的方法，其通過將活性炭的表面進行改性處理制得。優選地，所述處理為用醇胺化合物進行處理。在一個特別優選的實施方式中，在用醇胺化合物對活性炭表面進行處理之前，用NH3對活性炭表面進行處理。更優選地，所述活性炭通過生物質衍生獲得。所述生物質可以為垃圾，優選為有機質含量≥80重量％的垃圾，例如加工農產品廢棄物(例如水果皮)，或者為城市生活垃圾。所述活性炭優選來自垃圾的高溫蒸餾炭化處理工藝。本領域普遍認為，由垃圾獲得的炭材料(活性炭)由于孔結構不合理，不能用作CO2吸附劑，更不可能用作高溫CO2吸附劑，CO2吸附劑所用的活性炭通常都是高品質的專用活性炭，一般認為由垃圾獲得的炭材料只能用于品質要求不高的普通吸附應用。本專利技術人經過大量研究發現，如果將所述活性炭進行合理的改性處理，制得的改性活性炭可以用于CO2吸附劑的制備。所述改性處理可通過包括以下步驟的方法進行：(1)將垃圾高溫蒸餾炭化制得的活性炭在CO2和N2的混合氣體中進行加熱，其中CO2在混合氣體中的含量為60-70v.％，混合氣體流速為300-1000mL/s，加熱溫度為700-800℃，優選720℃，加熱時間為3-5h，優選3.5h，然后以2-10℃/min的冷卻速率冷卻至室溫；(2)將步驟(1)得到的活性炭置于石英容器中，將該石英容器放置在水平電爐中，然后通入氨氣(NH3)，NH3流速為200-500mL/s，加熱溫度為600-750℃，優選650℃，加熱時間為1-3h，優選2h，然后切換至氮氣氣氛，以15-30℃/min的冷卻速率冷卻至室溫；(3)然后用20-30wt.％的醇胺水溶液浸漬步驟(2)得到的活性炭產物，浸漬時間為1-3h，優選2h，步驟(2)得到的活性炭產物與醇胺溶液的體積比為4:1-2:1，優選3:1，然后在60-90℃下干燥6-24h，優選12h，即得本專利技術的改性活性炭。經測試發現，通過該改性方法制得的活性炭中，大孔體積占總孔體積的90-95％，優選90％以上。BET比表面積為1000-1500m2/g，其中大孔表面積為900-1200m2/g，優選1000m2/g，中孔表面積為100-200m2/g。與改性前的炭材料相比，比表面積和大孔體積明顯提高，從而有利于吸附容量和吸附選擇性的提高。本專利技術人研究發現，在使活性炭表面吸附醇胺化合物之前，通過用NH3對活性炭進行處理，使得醇胺化合物在活性炭表面吸附的非常牢固，從而使得能夠用較少的改性醇胺本文檔來自技高網...

【技術保護點】
CO2吸附劑及其制備方法，該CO2吸附劑為表面用醇胺化合物進行處理的活性炭，其中以吸附劑的總重量計，胺化合物的含量為2?10重量％。

【技術特征摘要】
1.CO2吸附劑及其制備方法，該CO2吸附劑為表面用醇胺化合物進行處理的活性炭，其中以吸附劑的總重量計，胺化合物的含量為2-10重量％。2.根據權利要求1所述的CO2吸附劑，其中所述活性炭為衍生自生物質的活性炭。3.根據權利要求1或2所述的CO2吸附劑，其中所述活性炭的中孔孔體積占總孔體積的5-10％，大孔孔體積占總孔體積的90-95％。4.根據前述權利要求中任一項所述的CO2吸附劑，其中所述生物質為垃圾。5.根據前述權利要求中任一項所述的CO2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓先福，王紅軍，賀偉力，
申請(專利權)人：新奧生態環境治理有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11