吸附材料及其在吸附增強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)中的應(yīng)用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種高溫CO2吸附材料，其化學(xué)組成為M2-xNxTi2O5，其中M和N均為堿金屬K+、Li+、Na+、或Cs+，x為0-2。本發(fā)明還提供了上述高溫CO2吸附材料在吸附增強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)中的應(yīng)用方法，包括將該吸附材料和產(chǎn)氫催化劑聯(lián)合使用于產(chǎn)氫反應(yīng)，在產(chǎn)氫反應(yīng)發(fā)生的同時(shí)在線吸附產(chǎn)物中的CO2。該材料吸附CO2飽和后，通過(guò)變溫或變壓的方式使吸附材料再生并循環(huán)使用。由于該CO2吸附材料具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和循環(huán)使用性，在吸附增強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)工藝中具有潛在廣泛應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高溫002吸附材料及其在吸附増強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)中的應(yīng)用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專(zhuān)利提供一種高溫002吸附材料和上述(? 2吸附材料在吸附增強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)中的應(yīng)用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，到目前為止化石燃料仍是世界上主要的燃料及能量來(lái)源，以其能量釋放多，使用方便而被大量開(kāi)發(fā)。截止2010年，化石燃料占一次能源的87%，雖然各國(guó)一直致力于新能源的開(kāi)發(fā)，但新能源由于其成本過(guò)高、難于工業(yè)化而仍處于研宄與開(kāi)發(fā)階段，化石燃料仍是目前能源消費(fèi)的主體。正是由于人類(lèi)社會(huì)對(duì)能源消耗的增大，對(duì)石油、煤炭、天然氣的過(guò)度依賴(lài)，導(dǎo)致了由于其燃燒所產(chǎn)生的各種不可忽視的環(huán)境問(wèn)題。隨著溫室效應(yīng)對(duì)全球氣候影響越來(lái)越顯著，世界上越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始關(guān)注溫室氣體排放的問(wèn)題，溫室氣體中(?的排放量最大，被認(rèn)為是引起全球變暖的主要原因，有短期內(nèi)改變現(xiàn)有氣候條件的可能。而化石燃料燃燒正是(?的主要來(lái)源，當(dāng)002大量產(chǎn)生而進(jìn)入大氣時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)的加劇，這不僅僅是氣候和全球環(huán)境問(wèn)題，更是影響人類(lèi)生存空間、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)肅冋題。
[0003]現(xiàn)階段，?:02捕獲技術(shù)主要分為燃燒前捕獲、燃燒后捕獲和純氧燃燒捕獲，目前對(duì)于(?捕集方法主要有溶液吸收、固體材料吸附和膜技術(shù)等。溶液的吸收受溫度制約，而膜普遍成本較高，所以固體材料吸附表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)。固體吸附材料根據(jù)吸附溫度的不同可分為低溫吸附材料、中溫吸附材料和高溫吸附材料。低溫吸附材料主要有分子篩(260111:68)、活性炭、金屬有機(jī)框架材料(101?)等。這類(lèi)多孔材料一般為物理吸附，吸附溫度較低，隨著溫度的升高其吸附效果降低明顯，所以適用的區(qū)間較窄并且吸附的選擇性也較差。而一般煙道尾氣溫度相對(duì)較高(1001以上)，其(^含量較低(小于15% )這些都為工藝增加了技術(shù)難題。中溫吸附溫度介于200-4001，吸附材料一般為傳統(tǒng)的類(lèi)水滑石衍生吸附材料。高溫吸附溫度介于400-7501:之間，吸附材料一般為60、堿金屬鋯酸鹽、堿金屬硅酸鹽等。
[0004]關(guān)于0^0其作為一種高溫吸附材料，相比于其它吸附材料來(lái)說(shuō)具有高吸附量和低制備成本等優(yōu)勢(shì)，并且60循環(huán)吸附(^技術(shù)在實(shí)際工業(yè)操作中也較為簡(jiǎn)單，因此得到廣泛關(guān)注。但其在長(zhǎng)時(shí)間、高溫條件下(^吸-脫附循環(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的燒結(jié)現(xiàn)象，且其抗磨性有待進(jìn)一步提高。另外，水蒸氣與￠^0反應(yīng)會(huì)生成氫氧化物，從而破壞0^0表面孔隙的分布，減少孔隙的數(shù)量，從而降低(?的吸附效率。關(guān)于堿金屬鋯酸鹽、堿金屬硅酸鹽對(duì)⑶2的吸附已被進(jìn)行過(guò)廣泛的研宄。其吸附機(jī)理可以用雙殼機(jī)理((1011)316-811611 111601181118111)進(jìn)行解釋。以1143104為例，反應(yīng)初始階段，002分子運(yùn)動(dòng)至1143104顆粒表面，并與之反應(yīng)生成1123103和[1 20030隨著反應(yīng)進(jìn)行，1123103和[1 #03連接在一起，在[1 43104顆粒表面形成致密的兩層結(jié)構(gòu)，1123103在中間，11 #03在外層。雙殼形成后，空氣中的002可以擴(kuò)散穿過(guò)11#03層，在11 23103層與與11 +和0 2—反應(yīng)。同時(shí)，未反應(yīng)的1143104反應(yīng)生成11 +和02—不斷補(bǔ)充，[1+和02—也可以擴(kuò)散穿過(guò)1123103層。脫附過(guò)程則與之相反。對(duì)于堿金屬鋯酸鹽，其主要問(wèn)題是吸脫附動(dòng)力學(xué)慢且容易在高溫條件下燒結(jié)。對(duì)于堿金屬硅酸鹽，雖然其吸附動(dòng)力學(xué)相比有所提高，但其長(zhǎng)時(shí)間(?吸脫附過(guò)程中的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步探宄。
[0005]現(xiàn)階段，關(guān)于高溫(?吸附材料，多關(guān)注于堿金屬鋯酸鹽、堿金屬硅酸鹽，目前還沒(méi)有堿金屬鈦酸鹽在(?吸附、存儲(chǔ)方面的研宄報(bào)道。本發(fā)明的發(fā)明人研宄發(fā)現(xiàn)，一類(lèi)堿金屬鈦酸鹽材料具有和堿金屬鋯酸鹽、堿金屬硅酸鹽類(lèi)似的(?吸附特性，可以作為高溫(? 2吸附材料。堿金屬鈦酸鹽作為一種新型高溫002吸附材料具有較高的熱穩(wěn)定性和循環(huán)使用性，能在溫度高達(dá)8501:條件下保持其結(jié)構(gòu)和性能不變，因此具有良好的發(fā)展前景。其化學(xué)組成為隊(duì)!'1205，其中1和?均為堿金屬611+、版1+、或(^，X為0-2。對(duì)該高溫(?吸附材料，當(dāng)X為0或者2時(shí)，為含一種堿金屬的高溫002吸附材料。當(dāng)0 ? X ? 2時(shí)，為含兩種堿金屬的高溫(?吸附材料。
[0006]在應(yīng)用于吸附增強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)中，如果(?能被固態(tài)吸附劑去除，吸附平衡將被打破，反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生更多的氫，與此同時(shí)，純凈的002將被更好的收集、存儲(chǔ)并進(jìn)一步的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)研宄發(fā)現(xiàn)，一類(lèi)堿金屬鈦酸鹽材料具有和堿金屬鋯酸鹽、堿金屬硅酸鹽類(lèi)似的(?吸附特性，基于這個(gè)發(fā)現(xiàn)發(fā)明了本專(zhuān)利。本發(fā)明的目的在于提供一種新型的高溫(?吸附材料，以及利用該吸附材料在吸附增強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)條件下捕集⑶2的應(yīng)用方法。主要技術(shù)方案如下:
[0008]一種新型的高溫(?吸附材料，其化學(xué)組成為1 ^隊(duì)11205，其中1和~均為堿金屬尺.、11+、X&'或(^.，X 為 0-2 0
[0009]對(duì)該高溫(?吸附材料，當(dāng)X為0或者2時(shí)，為含一種堿金屬的高溫⑶2吸附材料。當(dāng)0 ? X ? 2時(shí)，為含兩種堿金屬的高溫(?吸附材料。
[0010]對(duì)該高溫002吸附材料，其比表面積為0.5-3011121孓。
[0011]對(duì)該高溫⑶2吸附材料，其可以在^(^”。(^【溫度區(qū)間內(nèi)吸附⑶”
[0012]對(duì)該高溫(?吸附材料，其具有較高的⑶2脫附動(dòng)力學(xué)，可在10-11內(nèi)實(shí)現(xiàn)⑶2的完全脫附。
[0013]該新型高溫(?吸附材料在吸附增強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)工藝中具有廣泛的應(yīng)用前景，其應(yīng)用方法包括如下特點(diǎn):
[0014]1)該吸附材料和產(chǎn)氫催化劑聯(lián)合使用于產(chǎn)氫反應(yīng)，在產(chǎn)氫反應(yīng)發(fā)生的同時(shí)在線吸附產(chǎn)物中的002。
[0015]2)該材料吸附(?飽和后，通過(guò)變溫或變壓的方式使吸附材料再生并循環(huán)使用。
[0016]3)該吸附材料具有較高的熱穩(wěn)定性和循環(huán)使用性，能在溫度高達(dá)9501:條件下保持其結(jié)構(gòu)和性能不變。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1.111205的X射線衍射譜圖
[0018]圖2.111205在不同溫度條件下⑶2吸附性能
[0019]圖3.111205在7501:條件下的⑶2吸-脫附循環(huán)性能

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于這些實(shí)施例。凡是不背離本發(fā)明構(gòu)思的改變或等同替代均包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0021]實(shí)例1:固相法制備= 1^、11\版1+或(? +)的具體步驟。
[0022]采用固相法制備1211205，按比例稱(chēng)取一定量固態(tài)及一定量固態(tài)110 2，將兩者放入瑪瑙研缽中混合均勻并研磨成細(xì)小粉末，之后將混合好的粉末放入10001瓷坩禍中，并放置于馬弗爐中高溫8501:燒制10匕冷卻至室溫后取出，之后再次放入瑪瑙研缽中研磨至細(xì)小粉末。
[0023]實(shí)例2:固相法制備隊(duì)11205 (1和?均為堿金屬1^、11\版1+、或(^，X為0-2)的具體步驟。
[0024]采用固相法制備12—具11205，按比例稱(chēng)取一定量固態(tài)12003、隊(duì)⑶3及一定量固態(tài)丁102，將三者放入瑪瑙研缽中混合均勻并研磨成細(xì)小粉末，之后將混合好的粉末放入10001瓷坩禍中，并放置于馬弗爐中高溫8501:燒制10匕冷卻至室溫后取出，之后再次放入瑪瑙研缽中研磨至細(xì)小粉末。
[0025]實(shí)例3:實(shí)例1中制備的111205在不同溫度條件下⑶2吸附性能。
[0026]通過(guò)實(shí)例1的制備方法制備出的111205在不同溫度條件下002吸附性能表明，尺2丁1205對(duì)⑶2吸附性能隨著溫度的升高而增加，溫度達(dá)到7501:時(shí)，其⑶2吸附容量最大。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:1^！1205在2001:時(shí)吸附增加量為0.62被.％，在3001:時(shí)吸附增加量為1.58被.％，在350X:時(shí)，吸附量為1.67被.％，在700。〇時(shí)，吸附量達(dá)到5被.％，當(dāng)溫度繼續(xù)升高至750。〇時(shí)，其吸附性能可達(dá)6界1:.%。
[0027]實(shí)例4:實(shí)例1中制備的含一種堿金屬的吸附材料111205、似211205、11211205、〇82丁1205在7501:下的002吸附性能。
[0028]尺2丁1205在750X:時(shí)吸附兩個(gè)小時(shí)后，吸附量為6.40扎% 2丁1205在750X:時(shí)吸附兩個(gè)小時(shí)后，吸附量為2.83扎%心211205在7501:下，吸附⑶2兩小時(shí)后，吸附量達(dá)到2.35被.% ；而112丁1205在750。〇下吸附效果不明顯。
[0029]實(shí)例5:實(shí)例2中制備的含有兩種堿金屬的吸附材料1(山1；11205、啊丁1205、以?打典、似山丨#^在7501下的002吸附性能。
[0030]1(山口丨從在7501:時(shí)吸附兩個(gè)小時(shí)后，吸附量為1.23扎1(丨化打從在750X:下，吸附002兩小時(shí)，吸附量達(dá)到0.90被.%，而1( 丁1205和似山“丁1205在750。〇下吸附效果不明顯。
[0031]實(shí)例6:實(shí)例1中制備的111205在7501:條件下⑶2吸-脫附循環(huán)性能。
[0032]實(shí)例1中制備的111205在7501條件下002吸-脫附循環(huán)表明，在開(kāi)始的幾個(gè)循環(huán)中，其吸附性能隨循環(huán)次數(shù)的增加而增加。在經(jīng)過(guò)大約6個(gè)循環(huán)之后，可以看到其吸附量從3.85被.％增加至7.2被.％，之后則穩(wěn)定地維持在7.2被.％左右，經(jīng)過(guò)20個(gè)循壞后，其吸附性能仍十分穩(wěn)定，表明111205即使在高溫條件下在002吸附方面仍具有很好的穩(wěn)定性，在吸附增強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)工藝中具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?br> 【權(quán)利要求】
1.一種高溫CO 2吸附材料，其化學(xué)組成為M 2-xNxTi205，其中M和N均為堿金屬K+、Li+、Na+、或 Cs+，X 為 0-2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的CO2吸附材料，當(dāng)X為O或者2時(shí)，為含一種堿金屬的高溫CO2吸附材料。當(dāng)O < X < 2時(shí)，為含兩種堿金屬的高溫CO 2吸附材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的CO2吸附材料，其比表面積為0.5-30m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的CO2吸附材料，其可以在200-850°C溫度區(qū)間內(nèi)吸附C02。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的CO2吸附材料，其具有較高的熱穩(wěn)定性和循環(huán)使用性，能在溫度高達(dá)850°C條件下保持其結(jié)構(gòu)和性能不變。
6.一種采用權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)0)2吸附材料在吸附增強(qiáng)型產(chǎn)氫反應(yīng)中的應(yīng)用方法，其特點(diǎn)包括將該吸附材料和產(chǎn)氫催化劑聯(lián)合使用于產(chǎn)氫反應(yīng)，在產(chǎn)氫反應(yīng)發(fā)生的同時(shí)在線吸附產(chǎn)物中的co2。該材料吸附CO2飽和后，通過(guò)變溫或變壓的方式使吸附材料再生并循環(huán)使用。
【文檔編號(hào)】B01J20/28GK104475008SQ201410788415
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】王強(qiáng), 鄭倩雯 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)