本發明屬于直接空氣捕集co2吸附材料，具體涉及一種固態胺吸附劑及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著人類現代化進程的加快，能源需求不斷增加，導致co2排放量居高不下，加劇了全球氣候變暖趨勢。在現有的能源格局下，實施co2捕集、利用與封存是實現碳減排的關鍵。直接空氣捕集作為co2捕集技術之一，具有無地域限制的特點，可解決交通等移動源co2排放問題。該技術已經從動力學和熱力學的角度證實其可行性，但是在實際操作中，仍然存在因co2分壓小而吸附性能低等問題。因此，制備高效的空氣捕集co2材料對實現碳中和具有重要意義。由于在實際應用中，空氣組分復雜，因而吸附劑的選擇性至關重要。與此同時，空氣中的溫度和濕度往往會影響co2捕獲的選擇性和純度、以及相關的經濟效益。因此，常用化學定向吸附co2的方法來提高氣體選擇性，具體分為溶液吸收法和固體吸附法。

2、與溶液吸收法相比，固體吸附法具有再生能耗低，無設備腐蝕等優點，受到研究人員的廣泛關注。其中，固態胺常用作吸附劑來進行co2捕集。目前，固態胺吸附劑根據不同的制備方法分為浸漬胺基吸附劑、嫁接法固態胺吸附劑和原位聚合類固態胺吸附劑。其中，浸漬胺基吸附劑因其制備方法簡單、吸附性能良好，因而受到研究人員的廣泛關注。浸漬法往往是通過改變胺基或載體的類型實現高胺載量，常用的胺基功能基團包括聚乙烯亞胺(pei)、聚丙烯胺(ppi)、二乙烯三胺(deta)、三乙烯四胺(teta)以及四乙烯五胺(tepa)，常用的載體包括介孔二氧化硅(sba-15)、介孔二氧化硅(mcm-41)以及金屬有機框架(mil-101)。其中tepa浸漬改性的吸附劑呈現出較高的吸附量，例如tepa改性的sba-15，其吸附量達到2.14mmol/g。然而，直接通過胺浸漬對載體進行改性會造成胺分子聚集，甚至會堵塞載體孔道，進而導致胺利用率和吸附性能下降。

技術實現思路

1、為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種固態胺吸附劑及其制備方法和應用。本發明提供的制備方法能夠避免胺分子聚集，優化胺分子分布，提高胺負載和吸附性。

2、為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

3、本發明提供了一種固態胺吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將硅源置于含酚醛樹脂微球、表面活性劑、氨水和水的混合液中依次進行水解縮合和固液分離，所得固相進行焙燒，得到中空二氧化硅微球；

5、(2)將所述中空二氧化硅微球浸漬到含表面活性劑、有機胺和醇的混合溶液中，進行胺改性，得到所述固態胺吸附劑。

6、優選的，所述硅源為正硅酸酯和烷氧基硅烷中的一種或幾種。

7、優選的，步驟(1)或(2)中，所述表面活性劑包括十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇、聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物和聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種；所述有機胺包括四乙烯五胺、聚乙烯亞胺、五乙烯六胺、聚丙烯胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺中的一種或幾種。

8、優選的，所述焙燒的溫度為500～600℃，保溫時間為3～6h。

9、優選的，步驟(1)中，所述硅源和酚醛樹脂微球的質量比為1～4:10～20；所述表面活性劑和酚醛樹脂微球的質量比為1:10～20；所述表面活性劑和氨水的質量比為1:10～20；所述氨水的濃度為20％～30％。

10、優選的，步驟(2)中，所述表面活性劑和中空二氧化硅微球的質量比為1:1～20；所述表面活性劑和有機胺的質量比為1:10～50；所述有機胺和醇的質量比為10～50:100。

11、本發明還提供了上述方案所述制備方法得到的固態胺吸附劑，包括中空二氧化硅微球，負載于所述中空二氧化硅微球表面的有機胺和表面活性劑。

12、優選的，所述中空二氧化硅微球的壁厚為20～90nm。

13、優選的，所述有機胺在固態胺吸附劑中的含量為30～80wt％；所述表面活性劑在固態胺吸附劑中的含量為2～20wt％。

14、本發明還提供了上述方案所述固態胺吸附劑在空氣捕集co2中的應用。

15、本發明提供了一種固態胺吸附劑的制備方法。本發明通過表面活性劑調節中空二氧化硅微球的孔道尺寸，使得有機胺更容易從中空二氧化硅微球表面擴散到內部，同時優化胺基官能團在結構中的分布均勻度，可調控性強，原料廉價易得，易于操作，容易實現工業放大。本發明采用中空二氧化硅微球為載體，可以提高胺負載量，且中空二氧化硅微可以與胺類物質協同作用，提高co2吸附容量。

16、本發明還提供了上述方案所述制備方法得到的固態胺吸附劑。本發明提供的固態胺吸附劑胺負載和吸附性高，粒徑均一，穩定性良好。實施例數據表明：本發明制備的胺改性二氧化硅中空球吸附劑在400ppm?co2濃度條件下實現2.4mmol/g?co2吸附量，可以直接用于空氣碳捕集。

17、本發明還提供了上述方案所述固態胺吸附劑在空氣捕集co2中的應用。本發明提供的固態胺吸附劑吸附co2容量大，吸附效果好，再生溫度低，應用前景廣闊。

技術特征：

1.一種固態胺吸附劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硅源為正硅酸酯和烷氧基硅烷中的一種或幾種。

3.根據權利要求1所述的固態胺吸附劑，其特征在于，步驟(1)或(2)中，所述表面活性劑包括十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇、聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物和聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種；

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述焙燒的溫度為500～600℃，保溫時間為3～6h。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述硅源和酚醛樹脂微球的質量比為1～4:10～20；所述表面活性劑和酚醛樹脂微球的質量比為1:10～20；所述表面活性劑和氨水的質量比為1:10～20；所述氨水的濃度為20％～30％。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述表面活性劑和中空二氧化硅微球的質量比為1:1～20；所述表面活性劑和有機胺的質量比為1:10～50；所述有機胺和醇的質量比為10～50:100。

7.權利要求1～5任一項所述制備方法得到的固態胺吸附劑，其特征在于，包括中空二氧化硅微球，負載于所述中空二氧化硅微球表面的有機胺和表面活性劑。

8.根據權利要求7所述的固態胺吸附劑，其特征在于，所述中空二氧化硅微球的壁厚為20～90nm。

9.根據權利要求7或8所述的固態胺吸附劑，其特征在于，所述有機胺在固態胺吸附劑中的含量為30～80wt％；所述表面活性劑在固態胺吸附劑中的含量為2～20wt％。

10.權利要求7～9任一項所述固態胺吸附劑在空氣捕集co2中的應用。

技術總結
本發明屬于直接空氣捕集CO<subgt;2</subgt;吸附材料技術領域，具體涉及一種固態胺吸附劑及其制備方法和應用。本發明提供的制備方法，包括以下步驟：(1)將硅源置于含酚醛樹脂微球、表面活性劑、氨水和水的混合液中依次進行水解縮合和固液分離，所得固相進行焙燒，得到中空二氧化硅微球；(2)將所述中空二氧化硅微球浸漬到含表面活性劑、有機胺和醇的混合溶液中進行胺改性，得到所述固態胺吸附劑。本發明通過表面活性劑調節孔道尺寸，同時優化胺基官能團在結構中的分布，可調控性強，條件溫和，原料廉價易得，易于操作，容易實現工業放大。

技術研發人員：李磊,賈淺,王凱玥,李聰明
受保護的技術使用者：中國科學院山西煤炭化學研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28