Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода


 


Владельцы патента RU 2576632:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук (ИОХ РАН) (RU)

Изобретение относится к материалам, предназначенным для осуществления адсорбционных процессов, в частности к адсорбентам для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода (CO2) в составе отходящих газов теплоэнергетических установок, химических и металлургических производств, в биогазе. Изобретение может быть использовано в металлургической, химической отраслях промышленности. Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода представляет собой носитель - мезопористый сверхсшитый полистирол с удельной поверхностью 1300-1700 м2/г, модифицированный оксидом цинка в количестве 1-1,5 г ZnO на 1 г носителя. Адсорбционная емкость адсорбента составляет 30-31 вес.%. Технический результат - создание модифицированного адсорбента, который более чем в 2 раза по характеристикам емкости по CO2 превосходит известные адсорбенты данного назначения и характеризуется при этом более низкой (150°C) температурой десорбции CO2 (регенерации). 2 пр.

 

Изобретение относится к материалам, предназначенным для осуществления адсорбционных процессов, в частности к адсорбентам для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода (CO2) в составе отходящих газов теплоэнергетических установок, химических и металлургических производств, в биогазе. Изобретение может быть использовано в металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Адсорбенты, используемые в системах очистки отходящих газов, должны иметь большую адсорбционную способность при поглощении компонентов при небольших концентрациях их в газовых смесях, обладать высокой селективностью, иметь высокую механическую прочность, обладать способностью к регенерации и иметь низкую стоимость. На практике нашли применение следующие адсорбенты: активированные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты [В. Li et al. /Advances in CO2 capture technology: A patent review / Applied Energy 102 (2013) 1439-1447]. Решение проблемы улавливания, хранения и утилизации диоксида углерода поставлено в ряд наиболее приоритетных задач в связи с проблемой глобального потепления, изменения климата и охраны окружающей среды. Решение этой проблемы предусматривает значительное снижение техногенных выбросов.

Известен адсорбент (оксид алюминия) для очистки отходящих газов (Шулепов И.М. и др. /Современный сухой способ очистки газов/, "Экология и пром-ть России", 1999, № 6, с. 4-9). Недостатком использования Al2O3 в качестве адсорбента является низкая эффективность очистки газов от газообразных вредных компонентов, а также высокая себестоимость процесса.

Также известно применение карбоната кальция в качестве адсорбента для очистки газов, содержащих фториды (Пат. РФ №2088314, МПК6 B01D 53/68, 1977).

Однако использование этих материалов в качестве адсорбентов для очистки газов от вредных примесей сопряжено с рядом недостатков, заключающихся в низкой эффективности, сложности проведения процессов регенерации, что снижает эффективность процесса очистки газов и повышает его себестоимость.

Известен адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения CO2, состоящий из носителя, с нанесенными на него олигомерами, содержащими аминогруппы, в котором в качестве носителя применена металлорганическая каркасная структура типа MOF-5, имеющая инкапсулированные олигомеры, содержащие полиэтиленамины -CH2-CH(NH2)n- типа PEPА, где значение n находится в пределах от 5 до 10 (RU №2420352, МПК B01J 20/22, опубл. 10.06.2011). Однако у этого адсорбента имеется два существенных недостатка: малая насыпная плотность (около 0,35-0,4 г/см3) и низкая термостабильноть и стабильность в присутствии паров воды. В результате при достаточно высокой весовой емкости по CO2 объемные характеристики поглотителя оказываются невелики вследствие малой насыпной плотности.

Известен мезопористый оксид магния [S. Choi, J.H. Drese, C.W. Jones, ChemSusChem /Adsorbent Materials for Carbon Dioxide Capture from Large Anthropogenic Point Sources/, 2 (2009) 796]. Однако процедура приготовления этого материалы весьма сложна, поскольку для процесса нужен органический темплат и токсичный органический растворитель, и многостадийный синтез требует значительного времени. Адсорбционная емкость подобных систем по CO2 не превышает 10 вес. %.

Мезопористый MgO, модифицированный нитратом калия [А.-Т. Vu et al. /Mesoporous MgO sorbent promoted with KNO3 for CO2 capture at intermediate temperatures/ Chemical Engineering Journal 258 (2014) 254-264] имеет емкость по CO2 около 13,9 вес. %.

Известны адсорбенты на основе оксида магния, нанесенного на оксидные или углеродные носители. Оксид магния на углеродном носителе был получен карбонизацией композита, состоящего из оксида кремния, обработанного серной кислотой, триблоксополимера, сахарозы и нитрата магния [М. Bhagiyalakshmi et al. /А direct synthesis of mesoporous carbon supported MgO sorbent for CO2 capture/ Fuel 90 (2011) 1662-1667]. Этот адсорбент показал емкость по CO2 на уровне 9 вес. %, а CO2 удерживался до температур выше 250°C.

Известен мезопористый силикат типа МСМ 41, модифицированный оксидом магния [A. Zukal, J. Jagiello, J. Mayerov, J. Cejka, /Thermodynamics of CO2 adsorption on functionalized SBA-15 silica. NLDFT analysis of surface energetic heterogeneity / Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (2011) 15468]. Для этого адсорбента емкость по CO2 составила около 4 вес. %.

Наиболее близким по существенным признакам к предлагаемому адсорбенту является адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода, представляющий собой 4 вес. % MgO на мезопористых неорганических цеолитоподобных носителях типа A1-SBA-15 [A. Zukal et al. /MgO-modified mesoporous silicas impregnated by potassium carbonate for carbon dioxide adsorption/ Microporous and Mesoporous Materials 167 (2013) 44-50] демонстрируют хорошие адсорбционные свойства по отношению к CO2. Температура полной десорбции CO2 составляла 300°C. Дополнительная модификация такой системы карбонатом калия (5 вес. %) приводит к увеличению адсорбционной емкости, которая, однако, не превышает 5 вес. % (25 см3/г).

Эта величина даже не превосходит таковые для цеолитов - например, цеолита 13Х (патент US 2006/0165574 от 27.07.2006), для которого емкость составляет 55-57 см3/г или около 11 вес. %.

Таким образом, недостатком указанного адсорбента (мезопористого силиката типа Mgo/Al-SBA-15) является низкая емкость по CO2. Еще одним недостатком указанных систем является достаточно высокая (300°C) температура десорбции CO2 (стадия регенерации адсорбента).

Задачей настоящего изобретения является увеличение адсорбционной емкости адсорбента при одновременном снижении температуры десорбции (регенерации).

Поставленная задача достигается предлагаемым адсорбентом для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода, содержащим мезопористый носитель, модифицированный оксидом металла и, отличающийся тем, что в качестве мезопористого носителя он содержит сверхсшитый полистирол с удельной поверхностью 1300-1700 м2/г, а в качестве оксида металла - оксид цинка в количестве 1-1,5 г ZnO на 1 г носителя.

Адсорбционная емкость предлагаемого адсорбента (1 г мезопористого сверхсшитого полистирола + 1-1,5 г ZnO) (весовое отношение), выраженная в %, составляет 30-31 вес. %.

Предложенный адсорбент получают путем пропитки мезопористого сверхсшитого полистирола с удельной поверхностью 1300-1700 м2/г водным раствором ацетата цинка в несколько приемов с промежуточными сушками таким образом, что количество цинка в расчете на оксид составляло 1-1,5 г ZnO на 1 г мезопористого сверхсшитого полистирола. После пропитки полученный адсорбент нагревают в потоке инертного газа до 150°C и выдерживают 2 ч (до постоянного веса).

Для определения адсорбционной емкости полученный адсорбент насыщают CO2 при 30°C, продувают Не и взвешивают. Количество поглощенного CO2 определяют также методом термодесорбции при 150°C (10 град/мин, скорость He - 40 мл/мин) с улавливанием CO2 в ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Затем определяют количество поглощенного при 30°C и затем выделенного при 150°C CO2.

Достижение технического результата предлагаемым в настоящем изобретении адсорбентом иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

1 г воздушно-сухого адсорбента - мезопористого сверхсшитого полистирола с удельной поверхностью около 1300 м2/г и с объемом пор 1,1 см3/г пропитывают водным раствором ацетата цинка в несколько приемов с промежуточными сушками таким образом, что количество цинка в расчете на оксид составляло 1,5 г ZnO на 1 г мезопористого сверхсшитого полистирола. После пропитки полученный адсорбент нагревают в потоке инертного газа до 150°C и выдерживают 2 ч (до постоянного веса). Адсорбент насыщают CO2 при 30°C, продувают He и взвешивают. Количество поглощенного CO2 определяют также методом термодесорбции при 150°C (10 град/мин, скорость He - 40 мл/мин) с улавливанием CO2 в ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Количество поглощенного при 30°C и затем выделенного при 150°C CO2, отнесенное на 1 г сухого сорбента (1 г мезопористого сверхсшитого полистирола +1,5 г ZnO) (весовое отношение) и выраженное в %, составляет 30 вес. %.

Пример 2.

1 г воздушно-сухого адсорбента - мезопористого сверхсшитого полистирола с удельной поверхностью около 1700 м2/г и с объемом пор 1,3 см3/г пропитывают водным раствором ацетата цинка в несколько приемов с промежуточными сушками таким образом, что количество цинка в расчете на оксид составляло 1,0 г ZnO на 1 г мезопористого сверхсшитого полистирола. После пропитки полученный адсорбент нагревают в потоке инертного газа до 150°C и выдерживают 2 ч (до постоянного веса). Адсорбент насыщают CO2 при 30°C, продувают Не и взвешивают. Количество поглощенного CO2 определяют также методом термодесорбции при 150°C (10 град/мин, скорость He - 40 мл/мин) с улавливанием CO2 в ловушке, охлаждаемой жидким азотом. Количество поглощенного при 30°C и затем выделенного при 150°C CO2, отнесенное на 1 г сухого сорбента (1 г мезопористого сверхсшитого полистирола + 1,0 г ZnO) (весовое отношение) и выраженное в %, составляет 31 вес. %.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание модифицированного адсорбента для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода (CO2) в составе отходящих газов, который более чем в 2 раза по характеристикам емкости по CO2 превосходит известные адсорбенты данного назначения и характеризуется при этом более низкой (150°C) температурой десорбции CO2 (регенерации).

Адсорбент для улавливания, концентрирования и хранения диоксида углерода, содержащий мезопористый носитель, модифицированный оксидом металла, отличающийся тем, что в качестве мезопористого носителя он содержит сверхсшитый полистирол с удельной поверхностью 1300-1700 м2/г, а в качестве оксида металла - оксид цинка в количестве 1-1,5 г ZnO на 1 г носителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к анионообменным сорбентам для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов. Общая формула заявленного сорбента соответствует формуле (1).
Настоящее изобретение относится к химически модифицированным полым волокнистым материалам для экстракорпорального удаления экзотоксинов, вырабатываемых патогенной Escherichia coli, из содержащих белок жидкостей.

Изобретение относится к фильтрам для очистки воды, содержащим активированный уголь с полимерным покрытием, и способам их изготовления. Способ получения активированного угля с покрытием включает получение частиц активированного угля со средним размером примерно до 100 мкм и нанесение покрытия на частицы активированного угля путем распыления капель раствора катионного полимера на поверхность частиц активированного угля, причем раствор катионного полимера включает от примерно 2 до примерно 4 мас.% катионного полимера, размер капель составляет от примерно 15 до примерно 55 мкм, при этом катионный полимер содержит полидиаллилдиметиламмоний хлорид (pDADMAC), имеющий среднемассовую молекулярную массу (Mw) до примерно 200000 г/моль и среднечисленную молекулярную массу (Мn) до примерно 100000 г/моль.
Изобретение относится к технологиям производства сорбентов. Cорбент для очистки от радионуклидов содержит смесь глауконита и полиметилсилоксана полигидрата в массовом соотношении от 5:95 до 95:5.

Изобретение относится к способам получения хемосорбционных элементов. Готовят исходную композицию путём смешивания порошкообразных гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов с органическим полимером и растворителем.
Изобретение относится к области получения биоспецифического гидрогелевого сорбента для выделения протеиназ. Сорбент получают путем радикальной полимеризации под действием окислительно-восстановительного катализатора при комнатной температуре.

Изобретение относится к способам получения адсорбента диоксида углерода, предназначенного для использования в средствах защиты органов дыхания. Способ включает образование дисперсии оксидов щелочноземельных и/или гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов и нанесение дисперсии на листовую основу.
Изобретение относится к области промышленной экологии и может быть использовано для очистки сточных вод от тяжелых металлов и органических веществ. Предложен способ получения ионообменного сорбента, представляющего собой сополимер лигносульфоната натрия и полиметилакрилата.

Изобретение относится к анионообменным сорбентам для ионохроматографического определения органических и неорганических анионов. Сорбент общей формулы (1) содержит химически привитую с помощью спейсера четвертичную аммониевую функциональную группу, содержащую по крайней мере один 2-гидроксипропильный радикал. При этом R1 - (СН2)n, где n=2-8, R2 выбран из ряда: Н, ОН, Hal (галоген), Alkyl (алкильный радикал). В качестве исходного материала при получении берут аминированную матрицу, выбранную из ряда аминированных: полимера на основе дивинилбензола, в котором дивинилбензол является сшивающим агентом, полиметакрилата, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония или оксида алюминия.

Изобретение относится к области ионного обмена и может быть использовано для извлечения индия из растворов и при получении веществ особой чистоты. Предложены два варианта способа получения комплексообразующего сорбента.

Изобретение относится к способу получения регенерируемого поглотителя диоксида углерода на основе гидроксида циркония и может быть использовано в технологии получения регенерируемых поглотителей диоксида углерода.

Изобретение относится к получению магнитного материала, содержащего диоксид кремния и оксид железа, и может быть использовано в производстве магнитных сорбентов.

Изобретение относится к сорбционно-фильтрующим материалам и может быть использовано при очистке хозяйственно-питьевых и промышленных сточных вод предприятий различных отраслей промышленности.

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано при получении сорбентов сернистых соединений, входящих в состав углеводородных газов и нефтяных фракций.

Изобретение относится к области разработки материалов, обладающих фотокаталитической активностью под действием ультрафиолетового и видимого излучения. Материал представляет собой структурно-организованную систему, состоящую из тканевой основы, на которую нанесен промежуточный слой диоксида кремния и наружный слой фотокаталитически активного нанокристаллического диоксида титана анатазной модификации.

Изобретение относится к области неорганической химии. Предложен продукт в виде агломератов оксигидроксидов металлов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, Mg, Ti или их смеси.

Изобретение относится к области получения самоочищающегося тканевого материала, обладающего фотокаталитической активностью под действием ультрафиолетового и видимого излучения и предназначенного для фотокаталитической деструкции опасных органических и неорганических веществ и макромолекул.

Изобретение относится к фотокаталитическим материалам с адсорбционными и антибактериальными свойствами. Материал содержит текстильную целлюлозосодержащую основу, фотокаталитический слой, представляющий собой комплекс из диоксида кремния, модифицированного алюминат-ионами, и диоксида титана анатазной модификации, и слой адсорбента из оксида алюминия бемитной структуры, который расположен между фотокаталитическим слоем и текстильной основой.
Изобретение относится к решению проблем охраны окружающей среды. Способ получения гранулированного сорбента заключается в том, что отходы ОГЖ в дисперсном состоянии подвергают высушиванию и суспендируют в грануляторе с мешалкой и внутренним оребрением со скоростью 300-2000 оборотов в течение 5-10 минут в аполярной среде с добавлением полярного водного раствора полимера до получения гранул, которые затем отфильтровывают и сушат при температуре от 20 до 100°C.

Группа изобретений относится к сорбентам и их применению. Сорбент анионов сурьмы содержит частицы или гранулы оксида циркония и характеризуется коэффициентом распределения анионов сурьмы, по меньшей мере, 10000 мл/г при рН в диапазоне от 2 до 10, причем указанные частицы имеют средний размер от 10 нм до 100 мкм, для которых скорость потока составляет от 100 до 10000 объемов слоя в час и указанные гранулы имеют средний размер от 0,1 до 2 мм, для которых скорость потока составляет от 10 до 50 объемов слоя в час.

Изобретение относится к способу секвестрации диоксида углерода из потоков текучих средств. Способ включает контактирование потока текучей среды с промывочным материалом в присутствии воды, в котором промывочный материал содержит первый компонент, содержащий источник оксида кальция и источник ионов щелочных металлов, и второй компонент, содержащий шлак, в котором имеются один или более химически активных силикатных соединений, причем первый компонент отличается от второго компонента и ионы щелочных металлов первого компонента способствуют повышению pH промывочного материала до около 9 или выше для увеличения скорости взаимодействия диоксида углерода с промывочным материалом.
Наверх