三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了本发明专利技术公开一种三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的制备方法，采用氧化石墨烯和长链胺基化合物为原料，在超声辅助作用下，制得三维孔道结构的多孔固体吸附剂，三维立体孔道结构使得吸附脱附扩散阻力降低，加快了吸附脱附速率，同时孔道内表面存在胺基，增加了吸附材料孔道内表面的活性CO2吸附点位(胺基)，使吸附材料对CO2的吸附选择性和吸附量有较大增强。本发明专利技术制备过程简单，无需事先构筑三维框架和对材料表面进行改性，即可制备性能优良的吸附剂，不仅降低了制备难度，还提高了吸附剂吸附性能。

Preparation method of three dimensional graphene oxide based carbon dioxide adsorbent

The invention discloses a preparation method of a three-dimensional graphene oxide-based carbon dioxide adsorbent. The porous solid adsorbent with three-dimensional porous structure is prepared by using graphene oxide and long chain amino compounds as raw materials under the assistance of ultrasound. The three-dimensional porous porous structure reduces the adsorption, desorption and diffusion resistance. The adsorption and desorption rate was accelerated, and the presence of amines on the inner surface of the pore increased the active CO2 adsorption sites (amines) on the inner surface of the pore, which enhanced the adsorption selectivity and adsorption capacity of the adsorbent. The preparation process of the adsorbent is simple, and the adsorbent with excellent performance can be prepared without pre-constructing a three-dimensional framework and modifying the surface of the material, which not only reduces the preparation difficulty, but also improves the adsorptive performance of the adsorbent.

【技术实现步骤摘要】
三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的制备方法
本专利技术涉及一种二氧化碳吸附剂，尤其涉及一种三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的制备方法。
技术介绍
二氧化碳(carbondioxide，CO2)是主要的温室气体，其在燃烧烟气中的体积分数大约为10％–15％。CO2的大量排放对我们的生存环境和人类健康造成重要影响。因此，如何有效控制并减少CO2的排放是21世纪人们所面临的严峻挑战之一。CO2的捕集和存储(carbondioxidecaptureandstorage，CCS)是减少CO2排放的重要技术之一。目前，工业上常用单乙醇胺水溶液(30％质量分数)捕集CO2，但吸收剂对CO2的捕集量仅有7％(质量分数)，且吸收剂在高温再生过程中设备腐蚀严重、能耗高、溶剂损失量大。近年来基于固体吸附剂的吸附
是目前世界上研究者们的研究热点，尤其是对CO2新型高性能吸附材料的开发制备，一直是各国研究者努力的方向。近年来，一种新型二维碳纳米材料——石墨烯基材料——以其特别高的比表面积(理论值达到了2630m2/g)引起各国学者广泛关注。但是由于二维平面石墨烯基材料平面间巨大的范德华力的作用，当石墨烯基材料以团块颗粒形式存在时，更倾向于形成不可逆的团聚体，类似于微粒状石墨片，而这种团聚体的形成，会导致石墨烯材料原本二维的超高表面积显著下降，失去其结构特性。因此，三维石墨烯基材料的构建是目前各国研究者正在普遍开展的研究。Meng等在真空氛围下利用热剥脱方法制备了一种3D多孔石墨烯纳米片，并在25℃、30bar条件下获得了56.4mmol/g的吸附容量。Ning等以多孔层状氧化镁为模板，采用化学蒸汽沉降法，制备了一种网状石墨烯基纳米材料，该材料表面积达到了2038m2/g，其在1℃、31bar条件下CO2吸附量为36.5mmol/g。钟等利用金属有机框架物UiO-66和氧化石墨烯合成了新的吸附材料，并在30℃、1bar条件下获得了3.37mmol/g的CO2吸附容量。李等基于ZnO合成了N掺杂的还原氧化石墨烯(N-rGO-ZnO)多孔纳米材料，在25℃、1atm条件下获得了3.55mmol/g的CO2吸附容量。Hong等以3-氨丙基三乙氧基硅烷对氧化石墨表面进行功能化改性，胺基被成功嫁接至氧化石墨表面上，并在30℃、1bar条件下获得了1.16mmol/g的CO吸附容量。Han等利用PEI与氧化石墨烯的交联制备了一种3D多孔材料，表现出了良好的CO2吸附效果，吸附量达到了11.2wt.％。Balasubramanian等利用TiO2和氧化石墨烯合成了纳米材料TiO2/GO材料，并在室温下获得了1.88mmol/g的CO2吸附容量。如上所述，目前所研究的三维石墨烯基材料主要有以下几种方式：①首先构建三维框架，然后在框架之上构筑石墨烯材料，虽然可以保持石墨烯的巨大比表面积的特征，但是其对CO2的吸附只能是物理吸附，只能在高压或者低温情况下获得较好的CO2吸附效果。②对氧化石墨烯表面直接进行胺基改性，通过增加材料表面胺基提高CO2吸附量，但是由于氧化石墨烯表面直接与胺基化合物结合的基团较少，所以制备出的吸附剂的CO2容量不是很高(<2mmol/g)，且其三维孔道并不发达，吸附速率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的制备方法，制备的吸附剂比表面积高、吸附选择性好、吸附速率快、吸附容量高、吸附适应温度范围广。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：一种三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1、称取一定量商业氧化石墨烯，将其按3～5mg/1ml的浓度完全匀质分散于原乙酸三乙酯溶液中，经10～30min超声处理，所得溶液待用；步骤2、在待用的溶液中加入质量为0.02倍于氧化石墨烯的甲苯磺酸，置于水热反应釜内，在403K条件下反应36～48h，之后冷却至室温，离心分离出溶液中的沉淀物；步骤3、将步骤2得到的沉淀物按1～4mg/1ml的浓度分散于去离子水中，经10～30min超声处理，加入质量为2～3倍于氧化石墨烯的EDC，搅拌均匀后，再加入质量为2～3倍于氧化石墨烯的HOBT，振荡并剧烈搅拌直至完全溶解，经6～24h超声处理后，离心分离出沉淀物；步骤4、将步骤3所得沉淀物按3～5mg/1ml的浓度分散于甲醇溶液中，再加入质量为10倍于氧化石墨烯的长链胺基化合物，经12h超声处理后，离心分离出沉淀物；步骤5、将步骤4所得沉淀物按1～5mg/ml的浓度分散于去离子水中，先经20min超声处理，再真空冷冻干燥24h，干燥后所得沉淀物即为三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂。进一步的，所述步骤4中长链胺基化合物为四乙烯五胺、五乙烯六胺或聚乙烯亚胺。本专利技术的有益效果是：本专利技术公开一种用于捕集二氧化碳的三维立体孔径结构吸附剂的制备方法，采用氧化石墨烯和长链胺基化合物为原料，在超声辅助作用下，制得三维孔道结构的多孔固体吸附剂，三维立体孔道结构使得吸附脱附扩散阻力降低，加快了吸附脱附速率，同时孔道内表面存在胺基，增加了吸附材料孔道内表面的活性CO2吸附点位(胺基)，使吸附材料对CO2的吸附选择性和吸附量有较大增强。本专利技术制备过程简单，无需事先构筑三维框架和对材料表面进行改性，即可制备性能优良的吸附剂，不仅降低了制备难度，还提高了吸附剂吸附性能。附图说明图1为实施例1制备的三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的表面功能团FTIR结果图；图2为实施例1制备的三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的TGA分析结果图；图3为实施例1制备的三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的SEM结果图；图4为实施例1制备的三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂在293、303、313、323、333、343、353K等温度下吸附CO2的穿透曲线图；图5为实施例1制备的三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂在293、303、313、323、333、343、353K等温度下的等温吸附曲线图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。一种三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1、称取一定量商业氧化石墨烯，将其按3～5mg/1ml的浓度完全匀质分散于原乙酸三乙酯溶液中，经10～30min超声处理，所得溶液待用；步骤2、在待用的溶液中加入质量为0.02倍于氧化石墨烯的甲苯磺酸，置于水热反应釜内，在403K条件下反应36～48h，之后冷却至室温，离心分离出溶液中的沉淀物；步骤3、将步骤2得到的沉淀物按1～4mg/1ml的浓度分散于去离子水中，经10～30min超声处理，加入质量为2～3倍于氧化石墨烯的EDC，搅拌均匀后，再加入质量为2～3倍于氧化石墨烯的HOBT，振荡并剧烈搅拌直至完全溶解，经6～24h超声处理后，离心分离出沉淀物；步骤4、将步骤3所得沉淀物按3～5mg/1ml的浓度分散于甲醇溶液中，再加入质量为10倍于氧化石墨烯的长链胺基化合物，经12h超声处理后，离心分离出沉淀物；步骤5、将步骤4所得沉淀物按1～5mg/ml的浓度分散于去离子水中，先经20min超声处理，再真空冷冻干燥24h，干燥后所得沉淀物即为三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂。所述步骤4中长链胺基化合物为四乙烯五胺、五乙烯六胺或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、称取一定量商业氧化石墨烯，将其按3～5mg/1ml的浓度完全匀质分散于原乙酸三乙酯溶液中，经10～30min超声处理，所得溶液待用；步骤2、在待用的溶液中加入质量为0.02倍于氧化石墨烯的甲苯磺酸，置于水热反应釜内，在403K条件下反应36～48h，之后冷却至室温，离心分离出溶液中的沉淀物；步骤3、将步骤2得到的沉淀物按1～4mg/1ml的浓度分散于去离子水中，经10～30min超声处理，加入质量为2～3倍于氧化石墨烯的EDC，搅拌均匀后，再加入质量为2～3倍于氧化石墨烯的HOBT，振荡并剧烈搅拌直至完全溶解，经6～24h超声处理后，离心分离出沉淀物；步骤4、将步骤3所得沉淀物按3～5mg/1ml的浓度分散于甲醇溶液中，再加入质量为10倍于氧化石墨烯的长链胺基化合物，经12h超声处理后，离心分离出沉淀物；步骤5、将步骤4所得沉淀物按1～5mg/ml的浓度分散于去离子水中，先经20min超声处理，再真空冷冻干燥24h，干燥后所得沉淀物即为三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种三维氧化石墨烯基二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、称取一定量商业氧化石墨烯，将其按3～5mg/1ml的浓度完全匀质分散于原乙酸三乙酯溶液中，经10～30min超声处理，所得溶液待用；步骤2、在待用的溶液中加入质量为0.02倍于氧化石墨烯的甲苯磺酸，置于水热反应釜内，在403K条件下反应36～48h，之后冷却至室温，离心分离出溶液中的沉淀物；步骤3、将步骤2得到的沉淀物按1～4mg/1ml的浓度分散于去离子水中，经10～30min超声处理，加入质量为2～3倍于氧化石墨烯的EDC，搅拌均匀后，再加入质量为2～3倍于氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚敏，喻晓静，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建,35