用于CO2捕集的磁性离子液体纳米复合吸附材料

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，涉及一种吸附法捕集气源中的二氧化碳的方法，实现二氧化碳的高容量、低能耗、可循环的捕集。

背景技术

二氧化碳的过量排放给全球气候环境造成了严重的负面影响。二氧化碳的排放控制直接关系着工业生产、气候、人类健康和能源利居等方面，因此对二氧化碳捕集技术的研究显得尤为重要和迫切。

CO

一种良好的吸附剂是CO

由于普通吸附剂（活性炭及其他多孔碳基、硅基材料）对其吸附量和选择性都较差，而且吸附剂在捕集CO

离子液体是由特定的有机阳离子和有机或无机阴离子组成的在室温或近室温下呈液态的熔盐体系，具有稳定性好、挥发性低、二氧化碳溶解能力强、可设计性等优点，在二氧化碳捕集方面具有很大的应用潜力。

但是由于目前离子液体价格高，粘度大，阻碍了离子液体的大规模应用。因此，将离子液体负载与载体上用于CO

发明内容

本发明提供了一种用于CO

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：用于CO

一般地，本发明所述的用于CO

本发明还提供出了用于CO

步骤1：FeCl

步骤2：将表面活性剂在室温下溶解于盐酸，溶液pH 1-5，将均三甲苯及氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至37-38℃，维持30min以上，将粉末状Fe

步骤3：将离子液体溶解于乙醇中，将步骤2得到的载体分散于离子液体的乙醇溶液中，并于20~50℃搅拌8~10小时，洗涤，磁分离，干燥，得到粉末状颗粒，除去乙醇后在50~60℃干燥得到磁性离子液体复合吸附材料。

优选地，步骤1：FeCl

优选地，步骤2：将表面活性剂在室温下溶解于盐酸，溶液pH 1-5，将均三甲苯及氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至37-38℃，维持30min以上，将Fe

优选地，步骤3：将离子液体溶解于乙醇中，将步骤2得到的载体分散于离子液体的乙醇溶液中，并于20~50℃搅拌8~10小时，50%乙醇水溶液以及去离子水洗涤若干次，再经磁分离，真空干燥，得到粉末状颗粒，加热或抽真空除去乙醇后在50~60℃干燥得到离子液体吸附材料。

优选地，所述离子液体的阳离子为有机胺盐阳离子、有机醇胺类阳离子的一种或多种。

所述离子液体的阴离子为具有氨基酸结构的阴离子，氨基酸的结构式为H

所述的表面活性剂可以为非离子表面活性剂pan80、tween系列；阳离子表面活性剂为双（2－乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷三甲胺等；阴离子表面活性剂为十二基硫酸钠等。

所述的表面活性剂可以是以上表面活性剂中的一种或多种。

所述的硅源化合物为硅酸乙酯、硅酸钠、NaHSi

所述的表面活性剂与均三甲苯质量用量比例为2:1~1:4。

所述的硅源化合物与表面活性剂质量用量比例为3:1~1:3。

本发明所述的用于CO

一般地，吸附CO

本发明将含有胺基的离子液体负载于纳米磁性材料载体表面形成用于捕集CO

本发明提供的用于CO

附图说明

图1为本发明实施例1中复合吸附材料的TEM照片。

图2为实施例1中吸附后二氧化碳后的吸附材料通过磁铁回收的示意图。

具体实施方式

本发明用以下实例说明，但本发明并不限于下述实施例。在不脱离前后所述宗旨的范围下，变化实施都包含在本发明的技术范围内。

实施例1

1.148molFeCl

10 g pan80在室温下溶解于1.0M盐酸，将50 g均三甲苯及100 mg氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至37℃，维持30min。将30g硅酸乙酯和20gFe

将一定量四甲基氢氧化铵甘氨酸盐离子液体与载体以质量比1:3分散于乙醇溶液中，并于20℃搅拌16小时。加热或抽真空除去乙醇后在60℃干燥得到离子液体磁性吸附材料。

吸附材料微观结构通过投射电镜（TEM）表征，如图1所示。

吸附材料中的离子液体含量及材料稳定性通过热重分析仪（TGA/DTA）研究。

材料首先在N

将离子液体吸附材料在1MPa、30°C下吸附CO

吸附二氧化碳后的磁性离子液体吸附材料通过磁铁回收如图2所示。

实施例2

1.148molFeCl

10 g tween80在室温下溶解于0.8M盐酸，将均20 g均三甲苯及200 mg氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至40℃，维持60min。将40g硅酸乙酯及30gFe3O4加入其中并加热至100℃维持24h，将混合物降温至室温，磁分离得到固体产物并在空气中干燥并在420℃煅烧8小时。

将一定量正丁铵赖氨酸盐离子液体与载体以质量比6:1分散于乙醇溶液中，并于30℃搅拌8小时。加热或抽真空除去乙醇后在50℃干燥得到离子液体吸附材料。

吸附材料中的离子液体含量及材料稳定性通过热重分析仪（TGA/DTA）研究。材料首先在N

将离子液体吸附材料在5kPa、80°C下吸附CO2，达到平衡后饱和吸附量为100.3mg/g。

实施例3

1.148molFeCl3.6H2O与0.574molFeCl2.4H2O在氮气保护条件下加入到2.296mol[Bmim]Cl中，机械搅拌充分混合。待温度稳定在70℃后逐步向体系滴加浓氨水400ml。Fe3O4经50%乙醇水溶液以及去离子水洗涤若干次，再经磁分离，真空干燥，得到粉末状颗粒。

20 g 双（2－乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠在室温下溶解于0.001M盐酸，将10 g均三甲苯及150 mg氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至38℃，维持90min。将30gNaHSi2O5.3H2O及25gFe3O4加入其中并加热至120℃维持22h，将混合物降温至室温，磁分离得到固体产物并在空气中干燥并在450℃煅烧8小时。

将一定量四己基氢氧化铵苏氨酸盐离子液体与载体以质量比4:1分散于乙醇溶液中，并于50℃搅拌8小时。加热或抽真空除去乙醇后在30℃干燥得到离子液体吸附材料。

吸附材料中的离子液体含量及材料稳定性通过热重分析仪（TGA/DTA）研究。材料首先在N2（100%）气氛下加热至110°C来脱除自由态水和预先吸附的CO2。然后在空气（40%）和N2（60%）混合气氛下，以10 °C /min的升温速率加热至1000°C。离子液体含量通过150°C~1000°C温度范围内样品质量的变化计算，为53wt%。离子液体起始分解温度为370°C。

将离子液体吸附材料在100kPa、120°C下吸附CO2，达到平衡后饱和吸附量为90.4mg/g。

实施例4

1.148molFeCl3.6H2O与0.574molFeCl2.4H2O在氮气保护条件下加入到2.296mol[Bmim]Cl中，机械搅拌充分混合。待温度稳定在70℃后逐步向体系滴加浓氨水400ml。Fe3O4经50%乙醇水溶液以及去离子水洗涤若干次，再经磁分离，真空干燥，得到粉末状颗粒。

15 g十六烷三甲胺在室温下溶解于0.5M盐酸，将均40 g均三甲苯及120 mg氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至37℃，维持120min。将5g NaHSi2O5.3H2O和10gFe3O4加入其中并加热至100℃维持22h，将混合物降温至室温，磁分离得到固体产物并在空气中干燥并在400℃煅烧12小时。

将一定量正丙醇铵肌氨酸盐离子液体与载体以质量比5:1分散于乙醇溶液中，并于50℃搅拌8小时。加热或抽真空除去乙醇后在30℃干燥得到离子液体吸附材料。

吸附材料中的离子液体含量及材料稳定性通过热重分析仪（TGA/DTA）研究。材料首先在N2（100%）气氛下加热至110°C来脱除自由态水和预先吸附的CO2。然后在空气（40%）和N2（60%）混合气氛下，以10 °C /min的升温速率加热至1000°C。离子液体含量通过150°C~1000°C温度范围内样品质量的变化计算，为73wt%。离子液体起始分解温度为373°C。

将离子液体吸附材料在30kPa、130°C下吸附CO2，达到平衡后饱和吸附量为87.7mg/g。

实施例5

1.148molFeCl3.6H2O与0.574molFeCl2.4H2O在氮气保护条件下加入到2.296mol[Bmim]Cl中，机械搅拌充分混合。待温度稳定在70℃后逐步向体系滴加浓氨水400ml。Fe3O4经50%乙醇水溶液以及去离子水洗涤若干次，再经磁分离，真空干燥，得到粉末状颗粒。

20 g十二基硫酸钠在室温下溶解于0.02M盐酸，将均20 g均三甲苯及200 mg氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至40℃，维持120min。将20g硅酸钠和40gFe3O4加入其中并加热至100℃维持24h，将混合物降温至室温，磁分离得到固体产物并在空气中干燥并在400℃煅烧12小时。

将一定量四乙基氢氧化铵缬氨酸离子液体与载体以质量比2:1分散于乙醇溶液中，并于50℃搅拌8小时。加热或抽真空除去乙醇后在50℃干燥得到离子液体吸附材料。

吸附材料中的离子液体含量及材料稳定性通过热重分析仪（TGA/DTA）研究。材料首先在N2（100%）气氛下加热至110°C来脱除自由态水和预先吸附的CO2。然后在空气（40%）和N2（60%）混合气氛下，以10 °C /min的升温速率加热至1000°C。离子液体含量通过150°C~1000°C温度范围内样品质量的变化计算，为50wt%。离子液体起始分解温度为366°C。

将离子液体吸附材料在15kPa，105°C下吸附CO2，达到平衡后饱和吸附量为68.7mg/g。

实施例6

1.148molFeCl3.6H2O与0.574molFeCl2.4H2O在氮气保护条件下加入到2.296mol[Bmim]Cl中，机械搅拌充分混合。待温度稳定在70℃后逐步向体系滴加浓氨水400ml。Fe3O4经50%乙醇水溶液以及去离子水洗涤若干次，再经磁分离，真空干燥，得到粉末状颗粒。

10 g Triton X-100、10g 十六烷基三甲基溴化铵在室温下溶解于0.02 M盐酸，将均20 g均三甲苯及200 mg氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至40℃，维持120min。将20g硅酸乙酯和10g Fe3O4加入其中并加热至100℃维持24h，将混合物降温至室温，磁分离得到固体产物并在空气中干燥并在400℃煅烧12小时。

将一定量正己铵丙氨酸盐离子液体与载体以质量比3:1分散于乙醇溶液中，并于50℃搅拌8小时。加热或抽真空除去乙醇后在50℃干燥得到离子液体吸附材料。

吸附材料中的离子液体含量及材料稳定性通过热重分析仪（TGA/DTA）研究。材料首先在N2（100%）气氛下加热至110°C来脱除自由态水和预先吸附的CO2。然后在空气（40%）和N2（60%）混合气氛下，以10 °C /min的升温速率加热至1000°C。离子液体含量通过150°C~1000°C温度范围内样品质量的变化计算，为71wt%。离子液体起始分解温度为375°C。

将离子液体吸附材料在15kPa，100°C下吸附CO2，达到平衡后饱和吸附量为79.6mg/g。

实施例7

1.148molFeCl3.6H2O与0.574molFeCl

20 g tween80在室温下溶解于0.001M盐酸，将均10 g均三甲苯及150 mg氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至37℃，维持90min。将30g硅酸钠和10gFe3O4加入其中并加热至120℃维持24h，将混合物降温至室温，磁分离得到固体产物并在空气中干燥并在450℃煅烧8小时。

将一定量四己基氢氧化铵苏氨酸盐离子液体与载体以质量比4:1分散于乙醇溶液中，并于50℃搅拌8小时。加热或抽真空除去乙醇后在30℃干燥得到离子液体吸附材料。

吸附材料中的离子液体含量及材料稳定性通过热重分析仪（TGA/DTA）研究。材料首先在N2（100%）气氛下加热至110°C来脱除自由态水和预先吸附的CO2。然后在空气（40%）和N2（60%）混合气氛下，以10 °C /min的升温速率加热至1000°C。离子液体含量通过150°C~1000°C温度范围内样品质量的变化计算，为74wt%。离子液体起始分解温度为378°C。

将离子液体吸附材料在100kPa、120°C下吸附CO2，0kPa、120°C下解吸，循环吸附脱附300次，吸附容量降低2.5%。

对比实施例

20 g tween80在室温下溶解于0.001M盐酸，将均10 g均三甲苯及150 mg氟化铵加入其中并将混合物在搅拌条件下加热至37℃，维持90min。将30g硅酸钠和10gFe3O4和加入其中并加热至120℃维持24h，将混合物降温至室温，过滤得到白色固体产物并在空气中干燥并在400℃煅烧8小时。

将吸附材料在100kPa、120°C下吸附CO2，达到平衡后饱和吸附量为10.5mg/g。