Page 25 - 《精细化工》2021年第8期
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第 8 期 徐永辉,等: 二氧化碳捕集材料的研究进展 ·1519·
化碳吸附量为 4.09 mmol/g。原位 XRD 测试证实 附过程中起重要作用。在循环吸附/解吸二氧化碳过
Li 4 SiO 4 与 CaO 的相互作用,提高了吸附剂的吸附性 程中表现出良好的再生性能,在循环 20 次后,二氧
能。循环吸附脱附实验表明,Li 4 SiO 4 -CaO 吸附剂在 化碳的吸附量保持不变,克服了传统固体胺吸附剂
初始循环时能保持较高的吸附量(3.98 mmol/g),50 二氧化碳再生温度高的缺点。
个循环后逐渐下降到 2.95 mmol/g。且该制备方法可 HE 等 [58] 将胺类化合物和丙烯酸甲酯(MA)通
以通过降低锂需求量,从而有效降低总原料成本。 过加成反应与自缩聚反应,合成的氨基端接超支化
因此,Li 4 SiO 4 -CaO 吸附剂具有良好的吸附性能和较 聚合物(HBPA-NH 2 )进行 CO 2 吸附后与戊二醛交
低的成本,在实际的二氧化碳捕集工艺中具有广阔 联,制备了超支化聚合物吸附剂(IHBPA),再通过
的应用前景。 NaBH 4 将 IHBPA 的亚胺基还原为烷基胺,合成了还
原型固体胺吸附剂(IHBPA-R)。通过比较 IHBPA
尽管金属氧化物及其盐吸附材料具有高的 CO 2
吸附量,但是在吸附过程中需要消耗大量的能量, 和 HBPA 的吸附能力,结果表明,由于在 HBPA-NH 2
再生过程要在 400~800 ℃下进行,所以能耗较高也 上预吸附的二氧化碳占据了氨基的活性中心,在吸
是这类吸附剂较为明显的特点。 附剂的制备过程中起到“印迹”的作用,从而提高了
IHBPA 的吸附能力。使用 NaBH 4 将 IHBPA 的亚胺
6 胺基吸附剂 基还原成烷基胺后,进一步提高了还原性固体胺吸
附剂(IHBPA-R)的吸附性能。在常温下,其二氧
为了提高 CO 2 的吸附能力和选择性,通过在吸
化碳吸附量为 7.65mmol/g,在经过 10 次吸附和解吸
附材料表面引入对 CO 2 有高亲和力的胺基与 CO 2 反
循环后,对 CO 2 的吸附能力基本保持不变。
应,利用吸附剂的大比表面积和孔结构选择性吸附
由于将胺负载在多孔材料上来制备固体吸附剂
CO 2 ,可以改善和稳定 CO 2 的吸附过程。将胺基负
的合成步骤较为复杂,整体性能较差,所以其在工
载在固体基质上制备的固体胺基吸附剂具有低成
本、低能耗等优点 [55] 。负载型胺基吸附剂的制备方 业上的广泛应用仍未能实现。
法大致可分为 3 种:一是通过单体或聚合胺类物质
7 结论与展望
物理负载到多孔载体中制备而成,这种多孔载体通
常是通过浸渍技术合成的多孔二氧化硅;二是将胺 在现有工业技术背景下,从以化石燃料为基础
(主要是含胺的硅烷)共价连接到固体载体上得到 的能源过渡到纯绿色无污染的再生能源是非常困难
负载型吸附剂。这种方法是通过使用硅烷化学方法 的。因此,在未来很长的一段时间内,化石燃料仍
或者通过制备带有含胺侧链的聚合物载体将胺与氧 是工业生产的主要能源。这也为寻找更加合适的
化物结合实现的;三是将胺基聚合物与多孔载体直 CO 2 捕集方式和开发更加高效的吸附剂材料提供了
接聚合。 巨大的探索方向和改进空间。在众多 CO 2 捕集方式
MADDEN 等 [56] 通过 氨丙基三 乙 氧基硅烷 中,吸附法以能耗低、操作简单、吸附量大、循环
(APTES)在 β 型分子筛上的固定化反应,合成负 性能好等优点脱颖而出。其中,碳类吸附材料易于
载胺基吸附剂。APTES 改性的 β 型沸石主要通过氨 合成和再生,材料丰富且稳定,在经济上也高效,
基甲酸盐和碳酸氢盐两种机制吸附 CO 2 ,在 35 ℃, 但是这类材料由于弱范德华力使其吸附能力对温度
0.015 MPa 下,其二氧化碳吸附量为 4.7 mmol/g。与 非常敏感,所以,在低于 60 ℃下优先选择碳材料吸
无水氨基甲酸盐解吸 CO 2 相比,该材料能在较低的 附剂。沸石是一种大比表面积的稳定吸附剂,但是
再生温度下解吸碳酸氢盐中的 CO 2 。研究表明,β 吸附温度严重影响其对 CO 2 的吸附能力,并且温度
型沸石是功能胺的良好载体,也是合成二氧化碳吸 与孔径呈正相关,一旦温度超过 100 ℃,沸石材料
附剂的廉价原料。 对 CO 2 的吸附能力就会大大降低。MOFs 根据其有
HE 等 [57] 利用戊二醛交联端氨基超支化聚合物 机骨架与过渡金属离子配位自组装从而对孔道结构
(HBPA)和缩水甘油醚合成了羟基官能化超支化多 进行调节来增强其对 CO 2 的吸附能力,但制备条件
胺吸附剂 ( 0.16OH-HBPA ), 并使用 NaBH 4 将 要求较高,未能广泛应用。通常,碳基多孔吸附剂、
0.16OH-HBPA 亚氨基基团转化为烷基氨基,制备了 沸石和 MOFs 材料的最佳 CO 2 吸附温度低于实际烟
负载胺基吸附剂。该吸附剂在常温下,具有较高的 气温度,为了将此类吸附剂应用于工业生产中的
CO 2 吸附量(4.05 mmol/g)和较高的烷基胺利用率 CO 2 捕集过程,需要对烟道气进行冷却或对吸附剂
(72.65%),说明吸附剂的超支化结构能提高吸附量 进行改性,以确保它们适用于高温吸附。由于烟道
和效率,且引入的 OH-HBPA 中羟基在低温再生脱 气冷却是一个耗能过程,在后续研究中应解决此问