本發(fā)明涉及一種二氧化碳捕集材料，具體涉及一種高效連續(xù)二氧化碳循環(huán)捕集材料及制備方法。

背景技術(shù)：

二氧化碳是引起溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w，過高的二氧化碳濃度會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的一系列災(zāi)難性巨變，將會嚴(yán)重威脅人類生存。將大氣中的二氧化碳捕集并儲存是一種控制二氧化碳濃度的有效方法。堿性溶液如氫氧化鈉溶液是目前對二氧化碳快速高效捕集較為方便快捷的材料，氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳后變成碳酸鈉溶液。但是將碳酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉需要引入氫氧化鈣并經(jīng)過一系列高溫、干燥、煅燒等過程，因此氫氧化鈉的回收是一個(gè)高耗能的過程，并且該回收過程伴隨著二氧化碳的大量排放，因此采用氫氧化鈉進(jìn)行大氣中二氧化碳的循環(huán)捕集是不經(jīng)濟(jì)的，效率也很低。

納米多孔材料如沸石分子篩由于具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)也被用于作為固體二氧化碳吸附劑。但是吸附了二氧化碳的沸石需要在高溫環(huán)境下才能解吸附二氧化碳，因此采用沸石進(jìn)行二氧化碳的循環(huán)捕集是一個(gè)高耗能的過程，是不實(shí)際的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高效連續(xù)二氧化碳循環(huán)捕集材料及制備方法，該材料為負(fù)載有碳酸鈉的納米多孔材料，在實(shí)際使用中，僅需改變材料所處環(huán)境的濕度即可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的吸附或解吸附，即通過濕度的改變實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集和吸附劑的再生。該過程理論上可一直循環(huán)下去，由此可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的高效連續(xù)循環(huán)捕集。相比傳統(tǒng)的二氧化碳吸附劑，該發(fā)明具有制備成本低，循環(huán)過程耗能低，可再生等優(yōu)點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高效連續(xù)二氧化碳循環(huán)捕集材料，所述捕集材料的有效成分為納米多孔材料及其負(fù)載的碳酸鈉，其外觀為選用的納米多孔材料的外觀或納米多孔材料制成的各種膜狀或塊狀結(jié)構(gòu)。

上述所述高效連續(xù)二氧化碳循環(huán)捕集材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)選用一種孔徑小于500nm的納米多孔材料；

(2)將上述納米多孔材料浸泡在濃度為1mol/L的碳酸鈉溶液中2～3小時(shí)；

(3)將上述碳酸鈉溶液浸泡過的納米多孔材料進(jìn)行常溫干燥處理，即可得到最終的二氧化碳循環(huán)捕集材料。

優(yōu)選地，所述納米多孔材料為沸石分子篩、活性炭或兩者組合。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)充分利用納米多孔材料發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)以及巨大的比表面積，很少的捕集材料即可實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)的二氧化碳的吸附能力。

(2)捕集材料通過改變濕度即可實(shí)現(xiàn)循環(huán)再生，同時(shí)，循環(huán)吸附過程在常溫下進(jìn)行，僅需改變濕度，依靠太陽能即可實(shí)現(xiàn)再生方法簡單且能耗低。

(3)捕集材料制備方法簡單，制備材料成本低，適合大規(guī)模制備及應(yīng)用。

(4)捕集材料對二氧化碳具有極高的選擇性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)自由能隨水分子數(shù)變化圖。

圖2是本發(fā)明中選用5A分子篩作為納米多孔材料的二氧化碳循環(huán)捕集材料外觀圖。

圖3是本發(fā)明中二氧化碳循環(huán)捕集材料的的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明中捕集材料進(jìn)行試驗(yàn)測試得到的二氧化碳循環(huán)吸附圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和具體實(shí)施方式做詳細(xì)說明：

本發(fā)明利用的化學(xué)反應(yīng)為：

${\mathrm{CO}}_3^{-2}+{\mathrm{nH}}_{2}O\⇔{\mathrm{HCO}}_3^{-1}+{\mathrm{OH}}^{-1}+(n-1)H_{2}O$

上述反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，其在納米孔的約束下反應(yīng)自由能變化如圖1所示。當(dāng)水分子較少時(shí)，反應(yīng)自由能小于零，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行，生成的氫氧根可以與二氧化碳結(jié)合，吸附二氧化碳。當(dāng)水分子較多時(shí)，反應(yīng)自由能大于零，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行，氫氧根減少，二氧化碳解吸附。

下面以5A沸石分子篩為具體實(shí)施例。稱量5g的5A沸石分子篩，浸泡于1mol/L的碳酸鈉溶液中2小時(shí)，使碳酸根進(jìn)入分子篩孔隙中。之后過濾掉溶液并對浸泡之后分子篩進(jìn)行常溫干燥得到負(fù)載有碳酸鈉的沸石分子篩。浸泡、干燥之后的分子篩如圖2所示。經(jīng)過上述方法處理之后的分子篩即可用作二氧化碳循環(huán)捕集材料。其微觀結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，碳酸根及水分子被限制在納米孔隙內(nèi)。

圖4為對上述方法制備的二氧化碳循環(huán)捕集材料進(jìn)行二氧化碳解吸附/再吸附測試結(jié)果圖。圖中正方形數(shù)據(jù)點(diǎn)為二氧化碳濃度，三角形數(shù)據(jù)點(diǎn)為相對濕度。將吸附二氧化碳飽和的捕集材料置于密封環(huán)境中，該環(huán)境內(nèi)的氣氛與大氣相同，同時(shí)將濕度檢測儀及二氧化碳濃度檢測儀也放置于該環(huán)境中。升高環(huán)境內(nèi)的濕度，水分子進(jìn)入捕集材料的孔隙內(nèi)，隨著水分增多，由前述原理可知，逆反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，氫氧根離子減少，二氧化碳解吸附，環(huán)境內(nèi)二氧化碳濃度升高，直至二氧化碳完全解吸附，即捕集材料實(shí)現(xiàn)再生。此時(shí)降低濕度，水分子脫離捕集材料，正反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，氫氧根離子增多，二氧化碳被吸附，環(huán)境內(nèi)二氧化碳濃度降低，說明捕集材料再生后仍可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳捕集，而且捕集量沒有降低。

上述僅是以5A沸石分子篩為具體實(shí)施例，需要指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)該為本發(fā)明的保護(hù)范圍。