本發(fā)明涉及二氧化碳吸附劑，尤其涉及一種高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、二氧化碳(co2)是主要的溫室氣體，大氣中co2濃度的增加會引起全球變暖和海洋酸化等環(huán)境問題。co2等溫室氣體引起的全球變暖是當今面臨的最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境問題之一。碳捕集與封存(ccs)技術(shù)是減少co2排放的有效措施。在ccs中，二氧化碳從煉油廠、水泥廠或化石燃料發(fā)電廠等點源捕獲，然后注入地下地質(zhì)構(gòu)造或進一步用于其他目的，如食品加工(經(jīng)過凈化)和石油工業(yè)中提高石油采收率。然而，這些方法的應(yīng)用是昂貴的，需要高能量。使用吸附劑捕獲和儲存co2已被提出作為傳統(tǒng)ccs技術(shù)的可行替代方案，以減少所需的能量并實現(xiàn)更高效的過程。許多努力都集中在開發(fā)具有co2選擇性和高吸附能力的吸附劑上。其中，黏土礦物在催化和吸附方面對co2捕獲過程表現(xiàn)出有希望的行為。其他優(yōu)勢還包括黏土礦物的高穩(wěn)定性和可利用性。高嶺土作為主要的黏土礦物，是二八面體1：1層型層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽，具有比表面積大、孔隙率高的特點，是地質(zhì)封存co2的天然吸附劑。

2、目前，高嶺土資源豐富，成本低廉，具有較高的比表面積、豐富的孔道、較高的機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，多作為一種優(yōu)良的氨基功能化固體吸附劑基體材料，通過改性將其應(yīng)用于co2固體吸附劑的制備能提高co2吸附性能。

3、以高嶺石為原材料，采用煅燒-堿活化-酸刻蝕的方法，制備出介孔氧化硅載體(knh),再將knh經(jīng)過五乙烯六胺(peha)修飾后制備出介孔復(fù)合材料(knh-peha)。吸附溫度為25℃，knh的co2吸附量為147.39cm3/g，而peha質(zhì)量分數(shù)為30％的knh(knh-p-30)平衡時的co2吸附量達到389cm3/g。(陳心怡,程宏飛,趙炳新,胡棉舒,賈曉輝.高嶺石基介孔復(fù)合材料的二氧化碳吸附性能[j].人工晶體學(xué)報,2021,50(09):1756-1764.)

4、采用乙醇胺和n,n-二甲基乙醇胺能有效的對埃洛石進行改性,改性后的埃洛石孔面積,孔體積和孔徑雖然都有所減小,但是孔面積分布和孔體積分布都增大,同時對co2的吸附性能明顯優(yōu)有提示。(趙唯君,張華麗,嚴春杰,潘志權(quán).乙醇胺和n,n-二甲基乙醇胺改性埃洛石對co2的吸附行為[j].武漢工程大學(xué)學(xué)報,2017,39(05):420-426.)

5、以上研究，均利用黏土礦物作為載體負載高性能吸附co2的堿性物質(zhì)形成復(fù)合材料，多破壞黏土礦物原本的結(jié)構(gòu)，這樣的制備流程冗長且制備成本昂貴。沒有利用黏土礦物的本身結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，沒有充分發(fā)揮黏土礦物作為地質(zhì)封存co2的天然吸附劑的優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑及其制備方法。

2、本發(fā)明的一種高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑的制備方法，其特征在于：將純度不小于96％的高嶺土在以5-10℃/min升溫的馬弗爐中并保溫100-400℃持續(xù)一段時間，冷卻至室溫，取出樣品高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑；所述高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑端面(020)、(-110)、(-1-11)、(-201)、(-131)和(-202)的相對織構(gòu)系數(shù)(rtcs)之和>64。

3、進一步的，保溫持續(xù)60min。

4、進一步的，將樣品繼續(xù)進行酸處理后用去離子水水洗至ph為中性，烘干，冷卻至室溫，取出后并充分研磨即得到粉末狀樣品。

5、進一步的，酸處理為將樣品加入濃度為1-5m的鹽酸，水浴攪拌反應(yīng)。

6、進一步的，水浴攪拌反應(yīng)溫度為50-90℃，攪拌轉(zhuǎn)速100-300r/min，反應(yīng)6-12h。

7、進一步的，水浴攪拌反應(yīng)溫度為90℃。

8、進一步的，粉末狀樣品高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑的比表面積>13。

9、進一步的，在60-80℃烘箱中烘干6-12h。

10、一種如權(quán)利要求上述的制備方法制備的高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑。

11、本發(fā)明不破壞高嶺土結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮黏土礦物的本身特征，通過簡易的流程提高高嶺土co2吸附性能。

12、本發(fā)明明確比表面積與端面暴露程度作為高嶺土吸附二氧化碳性能作為判定依據(jù)，從而調(diào)控高嶺土制備二氧化碳吸附材料，高嶺土的比表面積越大，高嶺土對二氧化碳產(chǎn)生物理吸附，高嶺土的端面暴露程度代表更多的-oh可以對二氧化碳產(chǎn)生化學(xué)吸附-oh+co2→-hco3，并通過dft計算表明，二氧化碳與端面產(chǎn)生強氫鍵從而增加二氧化碳吸附量。

13、本發(fā)明采用熱活化制備高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑提高主要端面暴露程度，采用熱活化和酸處理制備高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑，提高主要端面暴露程度和比表面積。

14、本發(fā)明所制備的高純度高嶺土二氧化碳吸附劑具備高嶺土的本征結(jié)構(gòu)，并且主要端面(020)、(-110)、(-1-11)、(-201)、(-131)和(-202)的相對織構(gòu)系數(shù)(rtcs)之和提高至>64，酸處理后比表面積＞13m2/g，且端面暴露程度和比表面積均可控。

15、本發(fā)明所制備的高純度高嶺土二氧化碳吸附劑較天然高嶺土的二氧化碳吸附性能提高1-3倍。

技術(shù)特征：

1.一種高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑的制備方法，其特征在于：將純度不小于96％的高嶺土在以5-10℃/min升溫的馬弗爐中并保溫100-400℃持續(xù)一段時間，冷卻至室溫，取出樣品高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑；所述高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑端面(020)、(-110)、(-1-11)、(-201)、(-131)和(-202)的相對織構(gòu)系數(shù)rtcs之和>64。

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：保溫持續(xù)60min。

3.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：將樣品繼續(xù)進行酸處理后用去離子水水洗至ph為中性，烘干，冷卻至室溫，取出后并充分研磨即得到粉末狀樣品。

4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：酸處理為將樣品加入濃度為1-5m的鹽酸，水浴攪拌反應(yīng)。

5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：水浴攪拌反應(yīng)溫度為50-90℃，攪拌轉(zhuǎn)速100-300r/min，反應(yīng)6-12h。

6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：水浴攪拌反應(yīng)溫度為90℃。

7.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：粉末狀樣品高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑的比表面積>13。

8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：在60-80℃烘箱中烘干6-12h。

9.一種如權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法制備的高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑及其制備方法。本發(fā)明涉及二氧化碳吸附劑技術(shù)領(lǐng)域。制備方法為將純度不小于96％的高嶺土在以5?10℃/min升溫的馬弗爐中并保溫100?400℃持續(xù)一段時間，冷卻至室溫，取出樣品高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑；所述高純度高嶺土基二氧化碳吸附劑端面(020)、(?110)、(?1?11)、(?201)、(?131)和(?202)的相對織構(gòu)系數(shù)(RTCs)之和>64。本發(fā)明所制備的高純度高嶺土二氧化碳吸附劑較天然高嶺土的二氧化碳吸附性能提高1?3倍。

技術(shù)研發(fā)人員：楊華明,王志國,余夢涵,李坤,廖天棋,周思耀
受保護的技術(shù)使用者：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/26