本发明涉及二氧化碳捕集，具体涉及一种用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂及制备方法和应用。
背景技术：
1、随着现代城市化和工业化进程的不断推进，能源和电力需求快速增长，化石燃料消耗量日益增加。化石燃料的燃烧导致温室气体的大量排放，其中二氧化碳(co2)占90％以上，由此带来的气候变化成为人类面临的全球性问题。传统碳捕集、封存与利用技术(ccus)主要是对以化石燃料为基础的发电厂、炼油厂、化工厂等这些大型固定点源排放的co2进行处理，这只能减少释放到大气中的co2含量，无法真正降低大气中的二氧化碳含量。因此，研究以直接空气二氧化碳捕集技术为代表的负排放技术势在必行。
2、直接空气二氧化碳捕集技术主要包括溶液吸收法和固体吸附法。溶液吸收法主要是通过酸性气体与碱性吸收剂发生可逆的化学反应，达到碳捕获和回收利用的目的。该方法是目前最成熟，且唯一实现规模化应用的直接空气二氧化碳捕集技术。但是该技术存在再生能耗高、设备腐蚀及吸收剂氧化降解等问题，这严重阻碍了吸收法的进一步发展。相比之下，固体吸附法具有再生能耗低、操作简单、工作温度范围广及无设备腐蚀等显著优势，因此具有良好的发展前景。
3、应用于直接空气二氧化碳捕集的吸附法主要包括物理吸附、变湿吸附、电化学摆动吸附及负载胺基吸附。物理吸附优势在于吸附剂回收速率快、再生能耗低，缺点在于吸附量低，且部分材料如分子筛对水表现出高亲和力，因此水会通过竞争吸附减少对co2的吸附。变湿吸附优势在于吸附剂的吸附与再生依靠水而不是昂贵能源，同时湿度波动可以简化系统设计，不需要加热和冷却装置，但缺点在于对水质要求高且对天气敏感。电化学摆动吸附优势在于吸附能力强，循环稳定性好，但是缺点在于在空气中氧化稳定性不佳且需要大面积电极，无法大规模使用。负载胺基吸附的显著优势在于吸附量大，化学稳定性好且可逆性高，是学者们研究的重点。
4、目前，用于二氧化碳捕集负载胺基吸附剂的主要合成方式有三种。第一种为浸渍法，即将多孔载体直接浸到胺溶液中；第二种方式为将小分子胺通过化学键连接在载体上；第三种方式为在多孔载体上进行高分子胺的原位聚合。针对dac技术，学者们的研究主要集中在第一种合成方法，利用单胺溶液浸渍改性载体，这是因为相较于其他两种合成方式，浸渍合成的负载胺基吸附剂制备方式简单且吸附性能优异，对于低分压co2依旧有着十分出色的吸附量。典型的单胺溶液为聚乙烯亚胺(pei)、聚丙烯胺(ppi)、二乙烯三胺(deta)、三乙烯四胺(teta)及四乙烯五胺(tepa)，典型的载体为介孔二氧化硅(sba-15)，介孔二氧化硅(mcm-41)及游离二氧化硅(fs)。其中tepa浸渍改性sba-15生成的吸附剂具有最佳的吸附量。然而，单纯用单胺浸渍改性载体会导致二氧化碳与孔道内外层胺基反应后堵塞孔道，导致二氧化碳无法与孔道内层的胺基反应，这限制了吸附剂的吸附量和胺效率。因此制备一种低二氧化碳扩散壁垒，高吸附量和胺效率的负载胺基吸附剂具有重要的意义。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂及制备方法和应用，该方法所制备的吸附材料对具有良好的吸附性能，并且具有优异的胺效率。
2、为了实现上述方案，本发明采用以下技术方案：
3、一种用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
4、将硅基载体干燥；
5、将表面活性剂和含胺基的浸渍改性剂溶解到溶剂中，形成溶液，向溶液中加入干燥后的硅基载体并搅拌，得到悬浊液；
6、将悬浊液去除溶剂，得到用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂。
7、进一步的，溶剂为无水甲醇或无水乙醇。
8、进一步的，硅基载体为介孔二氧化硅sba-15。
9、进一步的，含胺基的浸渍改性剂为聚乙烯亚胺、二乙烯三胺与四乙烯五胺中的一种或几种。
10、进一步的，表面活性剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷。
11、进一步的，以用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的质量为100％计，含胺基的浸渍改性剂占比为40％～60％、表面活性剂占比为8％～12％，干燥后的硅基载体占比为30％～50％。
12、进一步的，溶剂与干燥后的硅基载体的用量比为10-20ml:200mg。
13、进一步的，干燥的温度为110-120℃，时间为8-12小时。
14、一种用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂。
15、一种用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂在吸附空气中二氧化碳中的应用。
16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
17、(1)本发明通过在介孔二氧化硅中引入含胺基材料，从而得到硅基固态胺二氧化碳吸附剂，实现了物理吸附与化学吸附相结合，可以有效克服传统固体吸附剂在低co2分压条件下吸附量小、稳定性较差等局限性。
18、(2)本发明通过引入胺基材料的过程为浸渍改性，搅拌过程使得硅基载体上的胺基材料分布的更加均匀，一定程度上克服载体介孔堵塞限制。
19、(3)本发明在浸渍过程中添加表面活性剂，增强了胺基材料的分散性能，促进co2从吸附剂表面扩散到内部，从而提升胺基的利用效率，为co2的吸附提供更多的反应位点，从而增加co2的吸附量，同时不会对吸附剂的循环吸附性能产生负面影响。
1.一种用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于，溶剂为无水甲醇或无水乙醇。
3.根据权利要求1所述的用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于，硅基载体为介孔二氧化硅sba-15。
4.根据权利要求1所述的用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于，含胺基的浸渍改性剂为聚乙烯亚胺、二乙烯三胺或四乙烯五胺。
5.根据权利要求1所述的用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于，表面活性剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于，以用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的质量为100％计，含胺基的浸渍改性剂占比为40％～60％、表面活性剂占比为8％～12％，干燥后的硅基载体占比为30％～50％。
7.根据权利要求1所述的用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于，溶剂与干燥后的硅基载体的用量比为10-20ml:200mg。
8.根据权利要求1所述的用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂的制备方法，其特征在于，干燥的温度为110-120℃，时间为8-12小时。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述方法制备的用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂。
10.一种如权利要求9所述的用于直接空气二氧化碳捕集的硅基固态胺吸附剂在吸附空气中的二氧化碳中的应用。
