CN107321317A - 一种固态胺二氧化碳吸附材料、制备方法及应用 - Google Patents
一种固态胺二氧化碳吸附材料、制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107321317A CN107321317A CN201710790788.4A CN201710790788A CN107321317A CN 107321317 A CN107321317 A CN 107321317A CN 201710790788 A CN201710790788 A CN 201710790788A CN 107321317 A CN107321317 A CN 107321317A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- absorbing material
- solid amine
- dioxide absorbing
- ion exchange
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Natural products O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 63
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 46
- -1 amine carbon dioxide Chemical class 0.000 title claims abstract description 36
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 47
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims abstract description 46
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims abstract description 17
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical group [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims abstract description 6
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 5
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical group C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 2
- 241001101993 Tepa Species 0.000 claims 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012453 solvate Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 38
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 12
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 7
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 6
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical group NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 4
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 3
- CNPURSDMOWDNOQ-UHFFFAOYSA-N 4-methoxy-7h-pyrrolo[2,3-d]pyrimidin-2-amine Chemical compound COC1=NC(N)=NC2=C1C=CN2 CNPURSDMOWDNOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001429 chelating resin Polymers 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/02—Other waste gases
- B01D2258/0283—Flue gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
本发明涉及一种固态胺二氧化碳吸附材料、制备方法及应用，为通过配位法将液态有机胺负载到离子交换树脂上。步骤如下：1)将离子交换树脂浸泡在氯化铜溶液中使铜离子交换结合到树脂上；2)将四乙烯五胺(TEPA)溶解到甲醇中，再将结合铜离子的树脂浸泡在溶液里，超声3h；3)抽真空将甲醇溶剂去除，干燥，得到固态胺吸附剂。将该材料置于固定床中，进行CO2吸附测试，并优化吸附条件。并在TEPA负载量为40％，吸附温度为65℃，进气流量为40mL/min时，有最大CO2吸附量4mmol/g。并且本发明制备方法简单，再生能耗低，有机胺分散均匀，多次循环使用稳定性好。
Description
技术领域：
本发明涉及一种固态胺二氧化碳吸附材料、制备方法及应用和吸附性能及吸附条件优化，尤其是涉及燃煤电厂烟道气中二氧化碳捕集的固态胺二氧化碳吸附材料的制备方法和吸附性能。
背景技术：
近年来，大气中人为CO2排放量迅速增长，特别是化石燃料燃烧造成的CO2排放引起了广泛关注。根据***政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测，截止到2050年大气中CO2浓度将达到550ppm。在化石能源中，煤炭约占全球能源的40％，而我国70％以上的电力是由燃煤电厂生产。因此，对燃煤电厂烟道气中CO2的捕集和分离迫在眉睫。
工业上广泛应用的二氧化碳分离技术是乙醇胺溶液吸收法。然而，该方法操作成本相对较高、吸收剂易挥发、再生能耗较大且易腐蚀设备。为了克服这些缺陷，将有机胺负载到多孔材料上的固态胺二氧化碳吸附材料成为了乙醇胺溶液最有希望的替代。固态胺二氧化碳吸附材料的制备方法主要有嫁接法和浸渍法。嫁接法制备的固态胺吸附剂的氨基分散性、利用率和稳定性较好，但引入的氨基数量有限；浸渍法制备的固态胺吸附剂中有机胺易团聚和挥发，但制备简单、吸附量大。
近年来利用固态胺进行捕集二氧化碳的研究较多，相应的吸附剂也有专利报道，如CN101497024A涉及利用接枝法将氨基有机硅烷负载到介孔材料中，改变其表面酸性，提高CO2的吸附效率。CN 102343254 A涉及一种常温CO2固态胺吸附剂，为经有机胺改性的碳纳米管，改吸附剂在常温条件下对低浓度CO2(含量为1.5～2.2vol％)进行吸附，CO2的吸附容量可达到2.45mmol/g。
以上专利提供了许多制备固态胺二氧化碳吸附材料的方法，但是这些方法制备的吸附剂有机胺分散性和稳定性较差。
发明内容：
本发明的目的是为了克服上述现有固态胺二氧化碳吸附材料制备方法的缺陷，提供一种高分散性和高稳定性固态胺二氧化碳吸附材料的制备方法，该方法原料易得、价格低廉、制备过程简单、能耗低。
本发明一种固态胺二氧化碳吸附材料、制备方法及应用按下列步骤实现：
1、所述固态胺二氧化碳吸附材料是通过配位法将四乙烯五胺负载到离子交换树脂上，按重量份数计，所述固态胺二氧化碳吸附材料包括：50-90份离子交换树脂和10-50份四乙烯五胺。
2、所述的离子交换树脂为钠型强酸性聚苯乙烯系离子交换树脂D001。
3、所述有机胺为四乙烯五胺。
4、该方法将离子交换树脂浸泡在氯化铜溶液中进行离子交换，使铜离子结合到树脂内表面上，置换出钠离子，再将四乙烯五胺溶解到甲醇中，加入结合上铜离子的离子交换树脂，在超声仪中超声3h，使有机胺进入孔道内，与结合在离子交换树脂内表面的铜离子发生配位反应，然后再旋转蒸发仪内抽真空去除甲醇溶剂，在85℃真空干燥箱中干燥得到固态胺二氧化碳吸附材料。
5、所述四乙烯五胺醇溶液的溶剂为甲醇。
6、有机溶剂为甲醇时，在蒸除溶剂的过程中是在旋转蒸发仪内抽真空进行，且所述旋转蒸发仪的真空度为5～10KPa，温度为40～45℃，旋转蒸发时间为1～2h。
7、固态胺二氧化碳吸附材料的二氧化碳吸附性能与条件优化，将固态胺二氧化碳吸附材料填充在固定床反应器中，保持固定床反应器的反应温度(45～85℃)恒定，吸附压力为常压，使CO2/N2混合气以10～60mL/min的流速经过固定床反应器，利用气相色谱检测出口CO2浓度，当出口CO2浓度与进口CO2浓度相等时，吸附达到饱和，吸附后固态胺二氧化碳吸附材料在纯氮气氛围下进行变温脱附。
8、固定床反应器的反应温度控制在45～85℃，流经固定床反应器的CO2/N2混合气流速为10～60mL/min，进入固定床反应器的CO2体积浓度为15％，变温脱附的脱附温度为110℃。
与现有固态胺二氧化碳吸附材料制备方法相比，本发明具有的优点是：离子交换树脂球形度良好、价格低廉，配位法使有机胺在孔道内分散均匀、循环使用稳定性良好，制备过程简单，能耗低。
附图说明：
图1为实例1、2制备的不同TEPA负载量的固态胺吸附剂在吸附温度65℃，进气流量30mL/min时的CO2吸附量曲线。
图2为实例1、2制备的不同TEPA负载量的固态胺吸附剂在吸附温度65℃，进气流量30mL/min时的胺利用率曲线。
图3为实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂在进气流量30mL/min时，不同温度下的CO2吸附穿透曲线。
图4为实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂在进气流量30mL/min时，不同温度下的CO2吸附量曲线。
图5为实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂在吸附温度65℃时，不同进气流量下的CO2吸附穿透曲线。
图6为实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂在吸附温度65℃时，不同进气流量下的CO2吸附量曲线。
图7为实例1制备的负载30％TEPA固态胺吸附剂和实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂的十次循环吸附量图。
图8为实例1制备的负载30％TEPA固态胺吸附剂、实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂与离子交换树脂热重分析图。
具体实施方式：
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
该方法将离子交换树脂浸泡在氯化铜溶液中进行离子交换，使铜离子结合到树脂内表面上，置换出钠离子，再将四乙烯五胺溶解到甲醇中，加入结合上铜离子的离子交换树脂，在超声仪中超声3h，使有机胺进入孔道内，与结合在离子交换树脂内表面的铜离子发生配位反应，原本黄褐色的树脂变为蓝色。然后再旋转蒸发仪内抽真空去除甲醇溶剂，在蒸除溶剂的过程中是在旋转蒸发仪内抽真空进行，且所述旋转蒸发仪的真空度为5～10KPa，温度为40～45℃，旋转蒸发时间为1～2h。最后在85℃真空干燥箱中干燥得到固态胺二氧化碳吸附材料。
固态胺二氧化碳吸附材料的二氧化碳吸附性能与条件优化，将固态胺二氧化碳吸附材料填充在固定床反应器中，保持固定床反应器的反应温度(45～85℃)恒定，吸附压力为常压，使CO2/N2混合气以10～60mL/min的流速经过固定床反应器，利用气相色谱检测出口CO2浓度，当出口CO2浓度与进口CO2浓度相等时，吸附达到饱和，吸附后固态胺二氧化碳吸附材料在纯氮气氛围下进行变温脱附。固定床反应器的反应温度控制在45～85℃，流经固定床反应器的CO2/N2混合气流速为10～60mL/min，进入固定床反应器的CO2体积浓度为15％，变温脱附的脱附温度为110℃。
实施例1
称取0.1～0.5g TEPA溶解到30mL甲醇中，加入0.5～0.9g D001在超声仪中超声3h；在40℃的旋转蒸发仪上，真空度为5KPa的情况下去除甲醇，85℃的真空干燥箱中干燥，制得固态胺二氧化碳吸附材料。
利用得到的吸附剂进行CO2吸附。将吸附剂填充于固定床反应器(高400mm、内径27mm的不锈钢管)内，常压下，在110℃下通入30mL/min的高纯N2吹扫1h，除去吸附的H2O和CO2。将温度冷却到吸附温度65℃，切换为一定流量的15％CO2/85％N2(体积分数)混合气，开始吸附实验。出口气体每2min收集一次并由气相色谱仪测得CO2浓度。当进出口CO2浓度相等时，吸附完成。切换为30mL/min的高纯N2升温至110℃开始脱附，至出气口无CO2时，脱附完成。重复实验10次，完成循环再生实验。
实施例2
将D001置于0.25mol/L的氯化铜溶液中浸泡12h，使与磺酸基结合力更强Cu2+交换到树脂上得到D001-Cu；称取0.1～0.5g TEPA溶解到30mL甲醇中，加入0.5～0.9g D001-Cu在超声仪中超声3h；在40℃的旋转蒸发仪上，真空度为5KPa的情况下去除甲醇，85℃的真空干燥箱中干燥，制得固态胺二氧化碳吸附材料。
利用得到的吸附剂进行CO2吸附。将吸附剂填充于固定床反应器(高400mm、内径27mm的不锈钢管)内，常压下，在110℃下通入30mL/min的高纯N2吹扫1h，除去吸附的H2O和CO2。将温度冷却到吸附温度65℃，切换为一定流量的15％CO2/85％N2(体积分数)混合气，开始吸附实验。出口气体每2min收集一次并由气相色谱仪测得CO2浓度。当进出口CO2浓度相等时，吸附完成。切换为30mL/min的高纯N2升温至110℃开始脱附，至出气口无CO2时，脱附完成。重复实验10次，完成循环再生实验。
图1为实例1、2制备的不同TEPA负载量的固态胺吸附剂在吸附温度65℃，进气流量30mL/min时的CO2吸附量曲线。实例1、2得到的吸附剂的穿透时间和CO2吸附量随着负载量的增加均呈现先增大后减小的趋势。由于TEPA负载量的不断增大，与二氧化碳反应的氨基活性位点不断增多，吸附量上升，之后胺的不断增多，导致部分孔道被堵塞且发生团聚，吸附量下降综合比较可知，实例2的吸附量明显优于实例1。实例1、2分别在TEPA负载量为30％和40％时，CO2吸附量达到最大，分别为2.83mmol/g和3.58mmol/g。
图2为实例1、2制备的不同TEPA负载量的固态胺吸附剂在吸附温度65℃，进气流量30mL/min时的胺利用率曲线。通过胺利用率的比较可以看出，实例1的胺利用率整体低于实例2，说明它的分散性小于另外两种。由于配位法产生的配合物可以使孔道形成空间分隔结构，使没有发生配位的有机胺分散均匀，减少团聚。因此，在TEPA负载量大于30％后，实例2配位法制得的固态胺吸附剂的分散性和二氧化碳吸附能力更好。
图3和图4为实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂在进气流量30mL/min时，不同温度下的CO2吸附穿透曲线和吸附量曲线。随着温度的升高，TEPA活性增强，使TEPA趋向于更加分散的状态，同时CO2的分子动能增大，也促进了CO2在吸附剂孔道内的扩散，因此CO2与氨基活性位点接触的几率增大，吸附量得到提升。在65℃时达到最大吸附量3.51mmol/g。但CO2吸附过程本身是放热的，低温更有利于CO2的吸附，同时温度的升高也使得部分吸附的CO2脱附出来，从而使得在65℃后温度升高吸附量下降。可知65℃为最佳吸附温度。
图5和图6为实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂在吸附温度65℃时，不同进气流量下的CO2吸附穿透曲线和吸附量曲线。随着进气流量的增加，穿透时间和CO2吸附量呈现先增大后减小的趋势。当进气流量为40mL/min时，达到最大吸附量4mmol/g。产生这种现象的原因是因为随着进气流量的增大引起单位时间和单位体积内CO2分子数目增多，克服传质阻力进入吸附剂孔道内部的能力增强，与氨基活性位点的碰撞几率增大，使得CO2吸附量增加；当进气流量增大到40mL/min，继续加大流量时，CO2气体在固定床反应器中快速通过，并且在载体孔道内的停留时间变短，与氨基活性位点的碰撞几率变小，因此CO2吸附量在40mL/min后不断下降。穿透时间虽然与吸附量有相同的变化趋势，但穿透时间在30mL/min时最大为12min。由于进气流量较小时，单位时间内通过固定床反应器的CO2量较少，因而达到吸附平衡需要更长的时间。
图7为实例1制备的负载30％TEPA固态胺吸附剂和实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂的十次循环吸附量图。经过10次循环实验后，两个吸附剂的CO2吸附量均有所降低，分别降低13.46％和3.98％，实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂的循环再生稳定性最好。吸附量的减少是由于再生过程中少量的TEPA挥发引起的，实例1制备的负载30％TEPA固态胺吸附剂减少最多是因为TEPA在孔道内部为物理吸附，使得TEPA挥发较严重；而实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂由于与铜离子的配位反应使得分子量增大，同时铜离子与磺酸基的结合能力更强，发生配位的TEPA在孔道中形成空间分隔结构，也增大了TEPA的挥发难度，所以实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂的循环再生稳定性能较好。
图8为实例1制备的负载30％TEPA固态胺吸附剂、实例2制备的负载40％TEPA固态胺吸附剂与离子交换树脂热重分析图。未改性的D001在温度高于459℃时开始分解，说明载体本身具有很好的稳定性，且所有样品在160℃之前只有吸附的H2O、CO2和残留溶剂的失重峰，说明吸附剂在160℃以内可以稳定存在，可以满足整个吸脱附过程的温度要求。
Claims (8)
1.固态胺二氧化碳吸附材料，其特征在于，所述固态胺二氧化碳吸附材料是通过配位法将四乙烯五胺负载到离子交换树脂上，按重量份数计，所述固态胺二氧化碳吸附材料包括：50-90份离子交换树脂和10-50份四乙烯五胺。
2.根据权利要求1所述固态胺二氧化碳吸附材料，其特征在于，所述的离子交换树脂为钠型强酸性聚苯乙烯系离子交换树脂D001。
3.根据权利要求1所述的固态胺二氧化碳吸附材料，其特征在于，所述有机胺为四乙烯五胺。
4.根据权利要求1所述的固态胺二氧化碳吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将离子交换树脂浸泡在氯化铜溶液中进行铜离子和钠离子的离子交换过程得到铜离子交换树脂；
将四乙烯五胺醇溶液和所述铜离子交换树脂混合后，超声处理2-4h，再蒸除溶剂，干燥。
5.根据权利要求4所述的固态胺二氧化碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述四乙烯五胺醇溶液的溶剂为甲醇。
6.根据权利要求5所述的固态胺二氧化碳吸附材料的制备方法，其特征在于，有机溶剂为甲醇，在蒸除溶剂的过程中是在旋转蒸发仪内抽真空进行，且所述旋转蒸发仪的真空度为5～10KPa，温度为40～45℃，旋转蒸发时间为1～2h。
7.根据权利要求1中所述的固态胺二氧化碳吸附材料在二氧化碳吸附过程中的应用。
8.根据权利要求7中所述的固态胺二氧化碳吸附材料在二氧化碳吸附过程中的应用，其特征在于，所述应用过程包括以下步骤：将固态胺二氧化碳吸附材料填充在固定床反应器中，保持固定床反应器的反应温度(45～85℃)恒定，吸附压力为常压，使CO2/N2混合气以10～60mL/min的流速经过固定床反应器，利用气相色谱检测出口CO2浓度，当出口CO2浓度与进口CO2浓度相等时，吸附达到饱和，吸附后固态胺二氧化碳吸附材料在纯氮气氛围下进行变温脱附。
根据权利要求8中所述的固态胺二氧化碳吸附材料在二氧化碳吸附过程中的应用，其特征在于，固定床反应器的反应温度控制在45～85℃，流经固定床反应器的CO2/N2混合气流速为10～60mL/min，进入固定床反应器的CO2体积浓度为15％，变温脱附的脱附温度为110℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710790788.4A CN107321317A (zh) | 2017-09-05 | 2017-09-05 | 一种固态胺二氧化碳吸附材料、制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710790788.4A CN107321317A (zh) | 2017-09-05 | 2017-09-05 | 一种固态胺二氧化碳吸附材料、制备方法及应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107321317A true CN107321317A (zh) | 2017-11-07 |
Family
ID=60204495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710790788.4A Pending CN107321317A (zh) | 2017-09-05 | 2017-09-05 | 一种固态胺二氧化碳吸附材料、制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107321317A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109174037A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-01-11 | 于萍 | 一种固态胺气体吸附材料的制备方法 |
| CN110193383A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-03 | 青岛科技大学 | 一种阴阳离子交换树脂的制备方法及应用 |
| CN111316963A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-06-23 | 西北大学 | 基于湿法再生co2捕集材料的蚊虫诱捕器及蚊虫诱捕方法 |
| CN113042002A (zh) * | 2021-02-18 | 2021-06-29 | 南京工业大学 | 一种co2有机胺吸附剂及其制备方法 |
| CN113786818A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-12-14 | 西安热工研究院有限公司 | 一种直接捕集空气中二氧化碳的树脂型吸附剂及制备方法 |
| CN113842885A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-28 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种金属锚定有机胺co2吸附剂及其制备和应用 |
| CN113877539A (zh) * | 2021-09-08 | 2022-01-04 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种co2固体吸附剂及其制备与应用 |
| CN114405474A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-29 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种气化渣基固态胺二氧化碳吸附剂制备方法 |
| CN114832796A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-02 | 东北农业大学 | 一种用于吸附二氧化碳的固态胺吸附剂及其制备方法 |
| CN116116384A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-05-16 | 上海交通大学 | 一种混合胺修饰介孔氧化硅固体吸附剂及制备方法与应用 |
| CN116393098A (zh) * | 2023-04-24 | 2023-07-07 | 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 | 一种经胺改性吸附co2的酸活化凹凸棒土材料的制备方法与应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1131057A (zh) * | 1995-12-22 | 1996-09-18 | 吉林大学 | 固态二氧化碳吸附剂及其制备方法 |
| CN102198360A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-09-28 | 清华大学 | 利用胺类固体吸附剂脱除烟气中co2的工艺及设备 |
| CN102442666A (zh) * | 2011-09-28 | 2012-05-09 | 青岛科技大学 | 一种生物质药用炭的制备方法 |
| CN105195113A (zh) * | 2015-10-27 | 2015-12-30 | 华东理工大学 | 室温捕集低浓度co2用固态胺吸附剂及制备方法和应用 |
| CN106064082A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-11-02 | 中山大学 | 一种固态胺互穿网络多孔氨基树脂及其制备方法和应用 |
-
2017
- 2017-09-05 CN CN201710790788.4A patent/CN107321317A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1131057A (zh) * | 1995-12-22 | 1996-09-18 | 吉林大学 | 固态二氧化碳吸附剂及其制备方法 |
| CN102198360A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-09-28 | 清华大学 | 利用胺类固体吸附剂脱除烟气中co2的工艺及设备 |
| CN102442666A (zh) * | 2011-09-28 | 2012-05-09 | 青岛科技大学 | 一种生物质药用炭的制备方法 |
| CN105195113A (zh) * | 2015-10-27 | 2015-12-30 | 华东理工大学 | 室温捕集低浓度co2用固态胺吸附剂及制备方法和应用 |
| CN106064082A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-11-02 | 中山大学 | 一种固态胺互穿网络多孔氨基树脂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 梅立斌等: ""离子交换树脂固态胺复合材料的制备、表征及CO2吸附"", 《燃料化学学报》 * |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109174037A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-01-11 | 于萍 | 一种固态胺气体吸附材料的制备方法 |
| CN110193383A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-03 | 青岛科技大学 | 一种阴阳离子交换树脂的制备方法及应用 |
| CN111316963A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-06-23 | 西北大学 | 基于湿法再生co2捕集材料的蚊虫诱捕器及蚊虫诱捕方法 |
| CN113042002A (zh) * | 2021-02-18 | 2021-06-29 | 南京工业大学 | 一种co2有机胺吸附剂及其制备方法 |
| CN113042002B (zh) * | 2021-02-18 | 2023-07-21 | 南京工业大学 | 一种co2有机胺吸附剂及其制备方法 |
| CN113877539A (zh) * | 2021-09-08 | 2022-01-04 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种co2固体吸附剂及其制备与应用 |
| CN113842885A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-28 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种金属锚定有机胺co2吸附剂及其制备和应用 |
| CN113842885B (zh) * | 2021-09-08 | 2024-03-08 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种金属锚定有机胺co2吸附剂及其制备和应用 |
| CN113877539B (zh) * | 2021-09-08 | 2024-03-12 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种co2固体吸附剂及其制备与应用 |
| CN113786818A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-12-14 | 西安热工研究院有限公司 | 一种直接捕集空气中二氧化碳的树脂型吸附剂及制备方法 |
| CN114405474A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-29 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种气化渣基固态胺二氧化碳吸附剂制备方法 |
| CN114832796A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-02 | 东北农业大学 | 一种用于吸附二氧化碳的固态胺吸附剂及其制备方法 |
| CN116116384A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-05-16 | 上海交通大学 | 一种混合胺修饰介孔氧化硅固体吸附剂及制备方法与应用 |
| CN116393098A (zh) * | 2023-04-24 | 2023-07-07 | 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 | 一种经胺改性吸附co2的酸活化凹凸棒土材料的制备方法与应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107321317A (zh) | 一种固态胺二氧化碳吸附材料、制备方法及应用 | |
| Nguyen et al. | A novel removal of CO2 using nitrogen doped biochar beads as a green adsorbent | |
| Al-Wabel et al. | Performance of dry water-and porous carbon-based sorbents for carbon dioxide capture | |
| US9073002B2 (en) | Method for separating off carbon dioxide in biogas plants | |
| Guo et al. | CO2 sorption and reaction kinetic performance of K2CO3/AC in low temperature and CO2 concentration | |
| TWI552957B (zh) | 二氧化碳吸附與回收系統及方法 | |
| JP4745299B2 (ja) | 特定の金属ハロゲン化物の組み合わせを用いたアンモニアの吸脱着材、分離方法及び貯蔵方法 | |
| CN102198360A (zh) | 利用胺类固体吸附剂脱除烟气中co2的工艺及设备 | |
| US9144766B2 (en) | Method and apparatus for rapid adsorption-desorption CO2 capture | |
| CN105032113B (zh) | 基于湿法再生技术捕集烟气中二氧化碳的方法 | |
| EP2214814A1 (en) | Amine absorber for carbon dioxide capture and processes for making and using the same | |
| CN202212089U (zh) | 一种处理高浓度、大风量有机气体的装置 | |
| AU2012212537A1 (en) | Carbon pyrolyzate adsorbent having utility for CO2 capture and methods of making and using the same | |
| CN105195113A (zh) | 室温捕集低浓度co2用固态胺吸附剂及制备方法和应用 | |
| WO2013084402A1 (ja) | 硫化水素分離方法および装置並びにこれを用いた水素製造システム | |
| CN104415657B (zh) | 采用改性吸附剂处理克劳斯工艺尾气的方法 | |
| Zhao et al. | Continuous CO2 capture in dual fluidized beds using silica supported amine | |
| CN108636059A (zh) | 一种二氧化碳捕集及再生的一体化装置和方法 | |
| CN109517816A (zh) | 一种固定化碳酸酐酶及其制备与在捕集烟气中二氧化碳的应用 | |
| WO2019223113A1 (zh) | 利用活性材料或改性活性材料捕获及富集空气中二氧化碳的方法及其应用 | |
| CN108339371B (zh) | 连续吸附co2的装置和方法 | |
| CN104014224A (zh) | 一种从混合气中分离二氧化碳的方法 | |
| Janetaisong et al. | Pelletization of iron oxide based sorbents for hydrogen sulfide removal | |
| CN206008364U (zh) | 一种挥发性有机尾气处理装置 | |
| Qasem et al. | Enhancing CO 2 adsorption capacity and cycling stability of Mg-MOF-74 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20171107 |