[go: up one dir, main page]

CN118384871B - 用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN118384871B
CN118384871B CN202410727641.0A CN202410727641A CN118384871B CN 118384871 B CN118384871 B CN 118384871B CN 202410727641 A CN202410727641 A CN 202410727641A CN 118384871 B CN118384871 B CN 118384871B
Authority
CN
China
Prior art keywords
adsorbent
resin
stirring
adsorption
solution
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.)
Active
Application number
CN202410727641.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN118384871A (zh
Inventor
张作泰
颜枫
彭雄
华佳利
许继云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deep Carbon Technology Shenzhen Co ltd
Original Assignee
Deep Carbon Technology Shenzhen Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deep Carbon Technology Shenzhen Co ltd filed Critical Deep Carbon Technology Shenzhen Co ltd
Priority to CN202410727641.0A priority Critical patent/CN118384871B/zh
Publication of CN118384871A publication Critical patent/CN118384871A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN118384871B publication Critical patent/CN118384871B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26Synthetic macromolecular compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/02Separation 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34Regenerating or reactivating
    • B01J20/345Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture
    • B01J20/3475Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture in the liquid phase
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide

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)

Abstract

本发明公开了一种用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用。所述吸附剂的制备方法包括如下步骤:S1:改性:将树脂材料与金属离子溶液混合搅拌得到负载金属离子的基底材料;S2:浸渍:将S1得到的基底材料浸没在碱性溶液并搅拌,得到改性的树脂材料;S3:干燥:将S2得到的树脂材料干燥即可得到用于空气碳捕集的树脂基吸附剂。其中,所述树脂材料为弱碱性阴离子树脂。本发明的树脂基吸附剂的制备方法简单易操作,无需消耗大量有毒试剂,制得的吸附剂空气碳捕集效果好,捕集的CO2可直接封存到海洋中并且能够实现吸附剂的再生且循环稳定性好。

Description

用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及CO2直接空气碳捕集领域,特别涉及一种用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前,因全球碳排放过量引发的一系列自然灾害已经是全球亟需解决的一大问题,CCUS(碳捕集、利用及封存)技术应运而生。我国也提出双碳目标,但是目前研究的重点只是在一些发电厂和垃圾焚烧厂等大规模排放CO2的固定地点进行碳捕集,而移动源CO2排放一般指人类日常活动及交通运输产生的CO2排放,占总排放的40%,具有排放点排量小、分布广、数量多等特点,不易捕集,导致捕集效率低。目前用于直接空气碳捕集的吸附剂存在吸附容量低和再生消耗能源大等缺点,难以实现工业化应用,且碳捕集之后的CO2主要封存于大地和海洋中,这个过程需要消耗大量的能源才能够实现。因此找到一种价格低廉、吸附容量高而且捕集到的CO2易于封存的可再生吸附剂是发展空气碳捕集的重要途径。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提出了一种用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用。
本发明提供一种用于空气碳捕集的树脂基吸附剂的制备方法,包括如下步骤:
S1:改性:将树脂材料与金属离子溶液混合搅拌,金属离子与树脂中的胺基结合形成稳定的螯合物,得到负载金属离子的基底材料;
S2:浸渍:将S1得到的基底材料浸没在碱性溶液并搅拌,碱性溶液中的OH-与螯合物结合得到改性的树脂材料;
S3:干燥:将S2得到的树脂材料干燥去除多余的水分即可得到用于空气碳捕集的树脂基吸附剂;
其中,所述树脂材料为弱碱性阴离子树脂,即本身带有胺基的树脂,这些胺基为金属离子提供了结合位点。所述弱碱性阴离子树脂的胺基含量为7.0-10.0 mmol/g,树脂类型为苯乙烯类多胺型(WA20、D301等)和丙烯酸类多胺型(D941等),步骤S1中所述金属离子溶液为铁系过渡金属,具有较强的接收电子能力(络合能力),包括但不限于硫酸铁,氯化铁,硝酸镍,氯化镍,硫酸钴,氯化钴溶液中的一种或多种;
弱碱性阴离子树脂胺基密度过低不利于固载金属离子,造成CO2捕集性能较差;胺基含量过高会导致胺基基团与金属离子形成多元配合物,降低金属离子与氢氧根的结合能力,并导致吸附容量的下降。此外,胺基密度过高也会导致树脂成本增加。
通过搅拌浸渍的方法将金属离子负载到树脂上,金属离子与弱碱性阴离子树脂中的胺基螯合,结合稳定,不容易脱出,制备得到改性后的树脂基吸附剂具有很高的CO2吸附性能。
进一步地,步骤S1中胺基与金属离子的摩尔比为(1-3):1,可以保证金属离子与树脂结合的稳定性,优选胺基与金属离子的摩尔比为(2-3):1。
进一步地,步骤S2中所述碱性溶液为氢氧化钠,氢氧化钙,氢氧化钾,氢氧化钡溶液中的一种或多种,所述碱性溶液质量浓度为0.1-2%,优选为0.5-1%。
进一步地,所述碱性溶液的pH值范围为10-14,保证OH-与螯合物的顺利结合,又不会因为浓度过高造成基底材料的破坏,优选pH值范围为11-13。
进一步地,步骤S1中所述金属离子溶液的浓度为 0.05-5 g/L,优选为1-3 g/L,较高的离子浓度使得负载金属离子的数量和速度都有所提升。
进一步地,步骤S1中所述混合搅拌的时间为0.5-5 h,搅拌速度为50-500 r/min,搅拌温度为25-65℃,步骤S2中浸没在碱性溶液并搅拌的时间为0.5-5 h。
进一步地,步骤S3中干燥时间为5-20 h,干燥温度为40-100℃。
本发明还提供按照所述方法制备得到的CO2吸附剂。
本发明还提供所述的吸附剂在吸附空气中的CO2中或吸附剂在循环再生中的应用;
吸附剂吸附温度为0℃-60℃,气流为浓度在400-2000 ppm,相对湿度在0%-90%范围内的CO2气流,吸附过程中,CO2先与水蒸气反应生成HCO3 -,再与吸附剂中螯合物结合的羟基反应,实现CO2的吸附。
本发明还提供所述吸附剂在循环再生中的应用的再生方法,包括如下步骤:
海水与吸附过后的吸附剂反应,反应完成后补充与海水等量的碱性溶液,即完成所述吸附剂的再生;
利用海水与吸附过后的吸附剂反应,吸附剂通过固定床中的海水(海水体积是吸附剂体积的50-60倍),海水中的Cl-取代HCO3 -,将吸附的CO2直接封存到海洋中,实现CO2的封存,通过碱性溶液补充OH-后可以进行吸附剂的再生(所用碱性溶液体积与海水等量),以此实现吸附剂的循环利用。吸附饱和过后的吸附剂通过海水时与海水中的氯化钠反应生成碳酸氢钠,将捕集到的CO2直接封存到海洋中,这一步骤与传统的封存技术相比,节约了大量的人力和资源,减少运输和封存的成本,并且吸附剂通过海水之后可以实现CO2的封存,再通过氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钡溶液中的一种或多种的混合溶液中获取OH-实现再生,可以用于下次吸附。
综上,与现有技术相比,本发明达到了以下技术效果:
(1)本申请提供一种制备步骤简单,样品易制的吸附剂制备方法。
(2)本发明所制备的吸附材料吸附饱和后利用海水洗涤可实现CO2的封存,经过简单的碱溶液处理可实现吸附剂的再生,再生能耗低,且避免了热再生导致的吸附容量衰减。
(3)本申请提供一种空气碳捕集吸附剂吸附性能高的吸附剂,在400-2000 ppm的低浓度CO2吸附气氛下具有高吸附容量。
(4)本申请提供一种可再生的空气碳捕集吸附剂,再生的吸附剂可以用于循环吸附且稳定性很好,经过10次循环,吸附量仅下降了1%。
附图说明
图1是本发明树脂基吸附剂的制备工艺图。
图2是实施例1负载金属离子和未负载金属离子的树脂基吸附剂的单次穿透吸附图。
图3是本发明的实施例1中未负载金属离子的树脂基吸附剂WA20的红外图。
图4是本发明实施例1中的树脂基吸附剂在400 ppm的CO2吸附气氛下10次循环的吸附性能图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
实施例
一、吸附剂性能测试
(1)吸附量测试:固定床吸附的设置程序如下:首先样品在100 mL·min-1的纯氩气气氛下进行预处理,样品温度升高至特定温度(100-150℃)并维持一定时间(30-90 min),将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质脱去;然后降温至特定的吸附温度(25-55℃),立即将载气切换成100 mL·min-1的浓度为400 ppm且带有一定相对湿度(0%-90%)的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端的浓度。
(2)循环次数测试:吸附程序基本与单次吸附保持一致,载气改为200 mL·min-1的浓度为400 ppm且带有一定相对湿度(0%-90%)的CO2气氛,以便于更加快速地完成吸附,脱附阶段将吸附剂依次通过海水和碱性水溶液,当吸附量低于50%时说明循环次数已达到饱和。
本发明实施例和对比例的吸附剂的制备方法,包括如下步骤:
改性:将一定量的弱碱性阴离子树脂材料加入金属离子溶液,放到磁力搅拌器在50-500 r/min转速下搅拌0.5-5 h,搅拌过后的材料通过去离子水清洗,将多余的金属离子冲洗掉;
浸渍:将清洗过后的树脂材料浸没在碱性溶液中0.5-5 h并搅拌,浸渍过后的材料通过去离子水清洗,将多余的OH-冲刷掉;
干燥:将清洗过后的样品放入真空干燥箱,干燥时间为5-20 h,温度为40-100℃;
吸附:将上述制备得到的树脂基吸附剂通过固定床,根据样品的性质选择合适的测试条件进行单次吸附和多次循环,对比未用金属离子改性的树脂材料,比较吸附量;
再生:吸附过后的吸附剂可以通过50-60倍体积的海水洗涤,再补充与海水等量的碱性溶液浸泡获得再生吸附剂,可用于下次吸附。
本发明使用的药品均为市售,溶液均根据实验需要自行配制而得。
实施例1
步骤1.称取2 g的弱碱性阴离子树脂WA20,加入300 mL氯化铁溶液,胺基与铁离子的摩尔比为3:1,在常温下以300 r/min转速搅拌3 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与铁离子摩尔比为3:1的改性WA20树脂;
步骤2.将清洗过后的树脂浸没在质量浓度为1%的氢氧化钠溶液中并搅拌2 h,氢氧化钠的pH为13,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤3.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在50℃下真空干燥10 h,干燥后的样品即为最后需要的金属离子修饰后的树脂材料,可以用于直接空气碳捕集;
步骤4.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至100℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度25℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为400 ppm且相对湿度为50%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端的浓度;
步骤5.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌1 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中并搅拌1 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-,即可完成吸附剂的再生,可用于下一次的吸附。
图2是实施例1负载金属离子和未负载金属离子的树脂基吸附剂的单次穿透吸附图,负载的金属离子为铁离子,吸附温度为25℃,吸附气氛为相对湿度50%且CO2浓度为400ppm,经过金属离子改性的吸附剂吸附容量可以达到6.0 mmol·g吸附剂 -1,未经过改性的吸附剂吸附容量只有2.5 mmol·g吸附剂 -1;图3是实施例1中未负载金属离子的树脂基吸附剂WA20的红外图,可以看到在1455和1581 cm-1位置出现了胺基的特征峰,这些胺基可以和金属离子结合,形成稳定的螯合物,保障了吸附剂的稳定性;图4是实施例1中的树脂基吸附剂在400 ppm的CO2吸附气氛下10次循环的吸附性能图,经过10次循环,吸附量仅下降了1%,依然保持着很好的吸附性能。
实施例2
步骤1.称取2 g的弱碱性阴离子树脂WA20,加入300 mL的氯化铁溶液,在常温下以300 r/min转速搅拌3 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与铁离子摩尔比为3:1的改性WA20树脂;
步骤2.将清洗过后的树脂浸没在质量浓度为1%的氢氧化钠溶液中并搅拌2 h,氢氧化钠的pH为12,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤3.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在50℃下真空干燥10 h,干燥后的样品即为最后需要的金属离子修饰后的树脂材料,可以用于直接空气碳捕集;
步骤4.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至100℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度25℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为400 ppm且相对湿度为50%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端的浓度;
步骤5.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌1 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中并搅拌1 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-,即可完成吸附剂的再生,可用于下一次的吸附。
实施例3
步骤1.称取2 g的弱碱性阴离子树脂WA20,加入300 mL氯化铁溶液,在常温下以300 r/min转速搅拌3 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与铁离子摩尔比为3:1的改性WA20树脂;
步骤2.将清洗过后的树脂浸没在质量浓度为0.1%的氢氧化钠溶液中并搅拌2 h,氢氧化钠的pH为11,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤3.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在50℃下真空干燥10 h,干燥后的样品即为最后需要的金属离子修饰后的树脂材料,可以用于直接空气碳捕集;
步骤4.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至100℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度25℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为400 ppm且相对湿度为50%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端的浓度;
步骤5.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌1 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中并搅拌1 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-,即可完成吸附剂的再生,可用于下一次的吸附。
实施例4
步骤1.称取2 g的弱碱性阴离子树脂WA20,加入300 mL氯化铁溶液,在常温下以300 r/min转速搅拌3 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与铁离子摩尔比为3:1的改性WA20树脂;
步骤2.将清洗过后的树脂浸没在质量浓度为1%的氢氧化钠溶液中并搅拌2 h,氢氧化钠的pH为14,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤3.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在50℃下真空干燥10 h,干燥后的样品即为最后需要的金属离子修饰后的树脂材料,可以用于直接空气碳捕集;
步骤4.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至100℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度25℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为400 ppm且相对湿度为50%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端浓度;
步骤5.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌1 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中并搅拌1 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-,即可完成吸附剂的再生,可用于下一次的吸附。
实施例5
步骤1.称取2 g的弱碱性阴离子树脂D301,加入300 mL的氯化铁溶液,在常温下以300 r/min转速搅拌3 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与铁离子摩尔比为3:1的改性D301树脂;
步骤2.将清洗过后的树脂浸没在质量浓度为1%的氢氧化钙溶液中并搅拌2 h,氢氧化钠的pH为13,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤3.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在50℃下真空干燥10 h,干燥后的样品即为最后需要的金属离子修饰后的树脂材料,可以用于直接空气碳捕集;
步骤4.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至120℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度25℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为400 ppm且相对湿度为50%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端的浓度;
步骤5.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌1 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中并搅拌1 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-,即可完成吸附剂的再生,可用于下一次的吸附。
实施例6
步骤1.称取2 g的弱碱性阴离子树脂D301,加入300 mL氯化镍溶液,在常温下以300 r/min转速搅拌3 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与镍离子摩尔比为3:1的改性D301树脂;
步骤2.将清洗过后的树脂浸没在质量浓度为1%的氢氧化钠溶液中并搅拌2 h,氢氧化钠的pH为13,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤3.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在50℃下真空干燥10 h,干燥后的样品即为最后需要的金属离子修饰后的树脂材料,可以用于直接空气碳捕集;
步骤4.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至120℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度25℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为400 ppm且相对湿度为50%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端的浓度;
步骤5.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌1 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中并搅拌1 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-,即可完成吸附剂的再生,可用于下一次的吸附。
实施例7
步骤1.称取2.0 g的弱碱性阴离子树脂WA20,加入300 mL氯化铁溶液在40℃下以50 r/min转速搅拌0.5 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与铁离子的摩尔比为1:1的改性WA20树脂;
步骤2.将清洗过后的树脂浸没在质量浓度为0.1%的氢氧化钠溶液中并搅拌0.5h,氢氧化钠的pH为11,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤3.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在80℃下真空干燥5 h,干燥后的样品即为最后需要的金属离子修饰后的树脂材料,可以用于直接空气碳捕集;
步骤4.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至120℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度0℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为1000 ppm的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端浓度;
步骤5.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌0.5 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中并搅拌1.5 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-,即可完成吸附剂的再生,可用于下一次的吸附。
实施例8
步骤1.称取2.0 g的弱碱性阴离子树脂WA20,加入300 mL氯化钴溶液,在65℃下以500 r/min转速搅拌5 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与钴离子摩尔比为1:1的改性WA20树脂;
步骤2.将清洗过后的树脂浸没在质量浓度为2%的氢氧化钠溶液中并搅拌5h,氢氧化钠的pH为14,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤3.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在100℃下真空干燥15 h,干燥后的样品即为最后需要的金属离子修饰后的树脂材料,可以用于直接空气碳捕集;
步骤4.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至120℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度60℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为2000 ppm且相对湿度为90%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端浓度;
步骤5.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌0.5 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中并搅拌1.5 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-,即可完成吸附剂的再生,可用于下一次的吸附。
对比例1
步骤1.称取2 g的弱碱性阴离子树脂WA20,浸没在质量浓度为1%的氢氧化钠溶液中并搅拌2 h,氢氧化钠的pH为13,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤2.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在50℃下真空干燥10 h;
步骤3.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至100℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度25℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为400 ppm且相对湿度为50%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端的浓度;
步骤4.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌1 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中并搅拌1 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
对比例2
步骤1.称取2 g的弱碱性阴离子树脂WA20,加入300 mL氯化铁溶液,在常温下以300 r/min转速搅拌3 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与铁离子的摩尔比为3:1的改性WA20树脂;
步骤2.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在50℃下真空干燥10 h,干燥后的样品用于直接空气碳捕集;
步骤3.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至100℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度25℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为400 ppm且相对湿度为50%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端浓度;
步骤4.将吸附饱和过后的吸附剂浸没在海水溶液中并搅拌1 h,随后浸没在质量浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中1 h,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-,即可完成吸附剂的再生,可用于下一次的吸附。
对比例3
步骤1.称取2 g的弱碱性阴离子树脂WA20,加入300 mL硫酸铜溶液,在常温下以300 r/min转速搅拌3 h,负载金属离子过后的树脂用去离子水清洗,获得胺基与铜离子的摩尔比为3:1的改性WA20树脂;
步骤2.将清洗过后的树脂浸没在质量浓度为1%的氢氧化钠溶液中并搅拌2 h,氢氧化钠的pH为13,待浸渍完毕后,用去离子水清洗掉多余的OH-
步骤3.将处理后的树脂放入真空干燥箱,在50℃下真空干燥10 h,干燥后的样品即为最后需要的金属离子修饰后的树脂材料,可以用于直接空气碳捕集;
步骤4.将上述制备的吸附剂进行固定床穿透性能测试,取0.5 g样品在纯氩气100mL·min-1的气氛下进行预处理,样品温度升高至100℃并维持30 min,将吸附剂里面的水,CO2和其他杂质给脱去,然后降温至特定的吸附温度25℃,立即将载气切换成100 mL·min-1浓度为400 ppm且相对湿度为50%的CO2,并通过气相色谱检测经过吸附剂的气体在出口端的浓度。
表1 实施例与对比例性能测试结果
续表1 实施例与对比例性能测试结果
表2 实施例1循环测试结果
对比例1-3均与实施例1进行单一变量对比,对比例1未使用金属离子溶液对弱碱性阴离子树脂进行改性,使得吸附剂只能单纯的靠胺基吸附,吸附量低;而对比例2未将金属离子改性后的弱碱性阴离子树脂在碱性溶液中进行浸渍,导致螯合物没有结合羟基,吸附能力大幅下降;对比例3采用的金属离子溶液为硫酸铜,制备得到的吸附剂吸附能力比实施例1低。
基于表1-2和图1-4中对于吸附剂吸附量以及循环测试的数据说明,通过实施例1-8制备得到的吸附剂,其能够在保证较高吸附量的情况下进行再生,并使材料能够持续保持较好的吸附性能,吸附容量可达到5.1 mmol·g吸附剂 -1及以上,相比于对比例具有明显优势,并且吸附剂生产过程简易,成本低廉,可有效满足客户与市场高标准需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于空气碳捕集的树脂基吸附剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:改性:将树脂材料与金属离子溶液混合搅拌得到负载金属离子的基底材料; S2:浸渍:将S1得到的基底材料浸没在碱性溶液中并搅拌,得到改性的树脂材料; S3:干燥:将S2得到的树脂材料干燥即可得到用于空气碳捕集的树脂基吸附剂; 其中,所述树脂材料为弱碱性阴离子树脂;步骤S1中所述金属离子为铁离子;所述弱碱性阴离子树脂的胺基含量为7.0-10.0mmol/g,所述弱碱性阴离子树脂类型为苯乙烯类多胺型和丙烯酸类多胺型;步骤S1中胺基与金属离子摩尔比为(1-3):1;步骤S2中所述碱性溶液为氢氧化钠,氢氧化钙,氢氧化钾,氢氧化钡溶液中的一种或多种,所述碱性溶液质量浓度为0.1-2%;步骤S2中所述碱性溶液的pH值范围为10-14。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中混合搅拌的时间为0.5-5h,搅拌速度为50-500 r/min,搅拌温度为25-65℃,步骤S2中浸没在碱性溶液并搅拌的时间为0.5-5 h。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S3中干燥时间为5-20 h,干燥温度为40-100℃。
4.权利要求1-3任一项所述的制备方法制备得到的吸附剂。
5.一种如权利要求4所述的吸附剂在吸附空气中的CO2的应用。
6.一种如权利要求4所述的吸附剂的循环再生方法,其特征在于,包括如下步骤:海水与吸附过后的吸附剂反应,反应完成后补充OH-,即完成所述吸附剂的再生。
CN202410727641.0A 2024-06-06 2024-06-06 用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用 Active CN118384871B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410727641.0A CN118384871B (zh) 2024-06-06 2024-06-06 用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410727641.0A CN118384871B (zh) 2024-06-06 2024-06-06 用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN118384871A CN118384871A (zh) 2024-07-26
CN118384871B true CN118384871B (zh) 2025-03-11

Family

ID=91992799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410727641.0A Active CN118384871B (zh) 2024-06-06 2024-06-06 用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118384871B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118022692A (zh) * 2024-01-30 2024-05-14 东南大学 一种盐溶液解吸附的直接空气捕集吸碳材料及其制备和应用

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014063046A1 (en) * 2012-10-19 2014-04-24 ADA-ES, Inc. Method and system to thermally regenerate a sorbent
CN106076066A (zh) * 2016-06-11 2016-11-09 彭斯干 海水式碳捕集封存方法及装置
CN110773138B (zh) * 2019-11-25 2020-09-15 华中农业大学 一种树脂基负载铁氧化物复合除磷吸附剂的制备方法及其应用
US20230406717A1 (en) * 2020-11-20 2023-12-21 Basf Se Process for the removal of fluoride from alkaline hydroxide solutions
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
CN114736382B (zh) * 2022-04-28 2023-08-01 常州大学 一种直链多胺型聚苯乙烯吸附树脂及其制备方法和应用
CN115155239B (zh) * 2022-06-22 2023-07-28 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种二氧化碳直接空气捕集方法
CN115155585A (zh) * 2022-06-30 2022-10-11 华东理工大学 二氧化碳捕集与催化加氢制烯烃双功能复合材料、制备方法及应用
CN116832790B (zh) * 2023-08-18 2024-12-27 北京林业大学 一种固态胺低温碳捕集材料在低温co2吸附中的应用
CN117339571A (zh) * 2023-10-11 2024-01-05 西北大学 一种季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118022692A (zh) * 2024-01-30 2024-05-14 东南大学 一种盐溶液解吸附的直接空气捕集吸碳材料及其制备和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN118384871A (zh) 2024-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103623771B (zh) 一种废液除汞吸附剂及其制备方法和使用方法
CN102580679B (zh) 一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法
CN110314665B (zh) 一种温敏性水凝胶吸附剂及其制备方法和应用
CN104986822B (zh) 一种化学修饰载铁花生壳除磷材料的制备和再生方法
CN103920461A (zh) 磁性生物炭量子点复合物吸附剂及其制备和使用方法
CN113842885B (zh) 一种金属锚定有机胺co2吸附剂及其制备和应用
CN113908809A (zh) 一种活性炭内嵌mof吸附材料及其制备方法与应用
CN102921382B (zh) 一种木棉纤维吸附剂及其制备方法与应用
CN118079886A (zh) 一种用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂及制备方法和应用
CN118384871B (zh) 用于空气碳捕集的可再生树脂基吸附剂及其制备方法和应用
CN110711554A (zh) 一种磁性活性炭的制备方法和应用
CN114984913A (zh) 一种新型碳捕集材料的制备方法及应用
CN112538473B (zh) 利用磁性金属有机骨架材料固定化碳酸酐酶促进二氧化碳吸收的方法
CN117500587B (zh) 一种废弃活性炭改性再生的方法和改性再生活性炭
CN118142504A (zh) 一种含双酮的高分子吸附剂从含锂废水中靶向提锂的方法
CN116492993B (zh) 一种磁性腐植酸树脂吸附剂及其制备方法
CN116078113A (zh) 一种利用沸石转轮捕集液化烟道气二氧化碳的方法
CN111603906B (zh) 一种二氧化碳镁基吸附剂及其制备方法
CN116371361B (zh) 一种氮掺杂多孔椰柄纤维活性炭及其制备方法与应用
CN115888654B (zh) 一种磁性cof吸附剂及其制备方法与应用
CN110368781B (zh) 一种酸性气体捕集剂及捕集方法
CN115920828A (zh) 磁性镧基吸附剂及其制备方法、富集水体磷的方法
CN118273100A (zh) 一种用于吸附水中无机砷的纳米固相萃取膜及其制备方法
CN118062828A (zh) 一种氮掺杂分级多孔碳材料及其制备方法和应用
CN105921111A (zh) 一种高效复合脱硫剂及其制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant