本发明涉及co2捕集，特别涉及官能团修饰的纳米微球在催化醇胺体系co2吸收-解吸的应用。
背景技术：
1、二氧化碳(co2)的大量排放导致了严重的温室效应，碳捕集刻不容缓，工厂、发电厂等排放的烟气中co2浓度低且总量大，低浓度co2捕集技术对于碳减排具有重大意义。醇胺体系中乙醇胺(mea)法是目前应用最广泛的方法，mea是无色具有氨样气味的粘稠液体，可以任何比例溶于水，具有较强的碱性，与co2的反应速率较快，具有吸收速度快、吸收能力强等特点，但其解吸能耗过大，从而使其工业化受到一定限制。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明目的在于提供官能团修饰的纳米微球在催化醇胺体系co2吸收-解吸的应用。本发明以官能团修饰的纳米微球作为催化剂，可以加速醇胺溶液在co2吸收、解吸工艺中的传质过程，降低解吸能耗，从而降低碳捕集成本。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
3、本发明提供了官能团修饰的纳米微球在催化醇胺体系co2吸收-解吸的应用；
4、所述官能团修饰的纳米微球的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)将金属源、糖类碳源、第一溶剂混合，得到混合液；所述金属源中的金属元素包括cu、ni和fe中的一种或几种；
6、(2)将所述混合液进行水热反应，经固液分离后得到金属掺杂微球前驱体；
7、(3)将所述金属掺杂微球前驱体与官能团改性试剂、第二溶剂混合，进行官能团掺杂反应，得到官能团修饰的纳米微球；所述官能团改性试剂包括四氯化钛、硫酸、羟乙基磺酸钠、磷酸、硝酸和盐酸中的一种或几种。
8、优选的，所述步骤(3)为：
9、对所述金属掺杂微球前驱体进行煅烧，得到金属掺杂多孔微球前驱体；
10、将所述金属掺杂多孔微球前驱体与官能团改性试剂、第二溶剂混合，进行官能团掺杂反应，得到官能团修饰的多孔纳米微球；
11、所述煅烧的气氛包括氧化性气氛、还原性气氛和惰性气氛中的一种或几种；
12、所述煅烧包括一段式煅烧或两段式煅烧；所述一段式煅烧的温度为400～800℃，保温时间为2～6h；所述两段式煅烧包括依次进行的第一段煅烧和第二段煅烧；所述第一段煅烧的温度为200～300℃，保温时间为20～40min；所述第二段煅烧的温度为450～850℃，保温时间为50～70min。
13、优选的，还包括对所述金属掺杂微球前驱体重复进行煅烧和官能团掺杂反应的过程，得到具有多级孔结构的官能团修饰的纳米微球。
14、优选的，所述糖类碳源包括葡萄糖、果糖和蔗糖中的一种或几种；
15、所述糖类碳源与金属源的质量比为4～25:1；
16、所述水热反应的温度为150～180℃，时间为10～12h。
17、优选的，所述金属掺杂碳球前驱体与官能团改性试剂的质量比为10:1～400；
18、所述官能团掺杂反应的时间为15min～24h。
19、优选的，所述第一溶剂为水和异丙醇的混合液，或为水和乙醇的混合液；
20、所述水和异丙醇的体积比为90～98:10～2；
21、所述水和乙醇的体积比为90～98:10～2。
22、优选的，所述官能团修饰的纳米微球的粒径为100～800nm，比表面积为200～800m2 g-1。
23、优选的，所述官能团修饰的多孔纳米微球的孔径为0.6～1.2nm。
24、优选的，所述应用的方法，包括以下步骤：
25、将官能团修饰的纳米微球或官能团修饰的多孔纳米微球置于醇胺溶液中，依次进行二氧化碳的吸收和解吸。
26、优选的，所述醇胺溶液的质量浓度为30％；
27、所述官能团修饰的纳米微球的质量为醇胺溶液质量的0.0375～0.1％；
28、所述官能团修饰的多孔纳米微球的质量为醇胺溶液质量的0.0375～0.1％。
29、本发明提供了官能团修饰的纳米微球在催化醇胺体系co2吸收-解吸的应用。本发明采用一步水热法，将金属元素(cu、ni和fe中的一种或几种)掺杂于碳基纳米微球中，再使用官能团改性试剂对金属掺杂碳球前驱体进行改性，引入硫酸根、羟乙基磺酸根、磷酸根、硝酸根、氯离子或钛金属，得到官能团修饰的纳米微球。本发明通过金属元素的掺杂，能够利用活泼电子促进co2吸收和解吸反应的中间物的生成，通过在纳米微球中引入改性官能团，能够为co2吸收或者解吸提供反应活性位点。本发明使用官能团修饰的纳米微球作为催化剂，用于醇胺溶液co2捕集设备，可以加速醇胺溶液在吸收、解吸工艺中的传质过程，并降低活化能和解吸温度，提高吸收、解吸速率，从而降低碳捕集成本；且吸收解吸过程均采用同一种催化剂，避免了催化剂的频繁更换，有利于提升碳捕集效率。
30、进一步的，本发明采用一步水热法，将金属元素掺杂于碳基纳米微球中，再使用改性试剂对金属掺杂碳球前驱体进行改性，操作简单，成本低廉，得到金属元素和官能团修饰的纳米微球。本发明通过控制水热反应的溶剂种类，可以调控所得碳球的形貌，具体的，当溶剂为水+异丙醇时，所得金属掺杂碳球前驱体为圆形纳米碳球，当溶剂为水+乙醇时，所得金属掺杂碳球前驱体为蠕虫状纳米碳球。此两种碳球具有大比表面积，能够强化co2吸收、解吸动力学，提高吸收、解吸速率。
31、进一步的，本发明得到金属掺杂微球前驱体后，增加煅烧步骤，再进行官能团掺杂反应，能够获得具有丰富的孔结构，得到官能团修饰的多孔纳米微球；通过重复进行煅烧-官能团掺杂反应的过程，获得具有多级孔结构的纳米微球。丰富的孔结构/多级孔结构可以提高微球的比表面积，进一步加速醇胺溶液在吸收、解吸工艺中的传质过程，提高吸收、解吸速率。
1.官能团修饰的纳米微球在催化醇胺体系co2吸收-解吸的应用；
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤(3)为：
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，还包括对所述金属掺杂微球前驱体重复进行煅烧和官能团掺杂反应的过程，得到具有多级孔结构的官能团修饰的纳米微球。
4.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述糖类碳源包括葡萄糖、果糖和蔗糖中的一种或几种；
5.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述金属掺杂碳球前驱体与官能团改性试剂的质量比为10:1～400；
6.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述第一溶剂为水和异丙醇的混合液，或为水和乙醇的混合液；
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述官能团修饰的纳米微球的粒径为100～800nm，比表面积为200～800m2 g-1。
8.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述官能团修饰的多孔纳米微球的孔径为0.6～1.2nm。
9.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述应用的方法，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述醇胺溶液的质量浓度为30％；
