一种树枝状高密度固态胺纤维材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种树枝状高密度固态胺纤维材料及其制备方法。所述树枝状高密度固态胺纤维材料的结构式如式（I）所示：式（I）；其中，R1为NH2或OH；R2为（CH2CH2NH）n，n=0,1,2,3；R3为H或CH3。本发明专利技术以有机纤维和天然纤维为基体纤维，将经碱液预处理过的基体纤维用钴60的伽马射线辐照，再经接枝丙烯酸类单体、胺化取代反应、氨基与不饱和单体发生Michael加成和酰胺取代化学改性，制备得到树枝状高密度固态胺纤维。该纤维材料胺基密度高，热稳定性和化学稳定性好，对酸性气体的吸附容量高，可经过热脱附循环再生，而且还具有抗菌作用，在环境治理、医用材料及功能服装面料等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于吸附材料
更具体地，涉及一种树枝状高密度固态胺纤维材 料及其制备方法。
技术介绍
大气中CO2浓度增加而导致的温室效应加剧已成为世界上最大的能源与环境问题 之一。因此，〇) 2的捕集尤其是烟道气中〇)2的捕集分离技术，成为当前国内外的研宄热点。 许多新的技术和材料被不断开发并应用到〇) 2的捕集中。其中吸附分离技术以其低腐蚀性、 低能耗、循环吸脱附能力强等优点而被视作是一种具有应用前景的烟道气〇) 2分离技术。在 实际应用中，决定吸附分离技术适用与否的关键之一在于高效吸附剂的设计和制备。而在 众多的吸附剂中，固态胺吸附剂因其具有高选择性、抗水干扰、高吸附容量和低再生能耗等 优点，成为当前首选开发研宄的吸附材料。 对于固态胺吸附剂所用的基体，同研宄较多的多孔型固态胺吸附材料的多孔基体 相比，纤维基体除了自身具有大的有效比表面，短的传质距离，原料来源广泛，容易分离回 收，应用形式灵活等特点外；另外，还可以通过化学、辐照和光引发接枝等方法在纤维表面 引入各种功能单体，来赋予纤维特殊的功能。因此可以利用纤维材料为基体，通过接枝改性 在纤维表面引入各类活泼中间单体和功能氨基，开发更有利于CO2吸附的纤维基吸附材料。 但是，现有技术中无论是以纤维还是多孔SiO2为基体的吸附材料，他们在制备过 程中虽然也做了接枝、氨基功能化反应，但是所制得的固态胺纤维上吸附位点有限，最终材 料的吸附容量也得不到进一步的提高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有固态胺纤维材料吸附容量不足的缺陷和技 术不足，提供一种对酸性气体吸附能力强、吸附容量大，并且再生性能良好的可再生环保型 吸附材料。 本专利技术的目的是提供一种树枝状高密度固态胺纤维材料。 本专利技术另一目的是提供所述树枝状高密度固态胺纤维材料的制备方法。 本专利技术再一目的是提供所述树枝状高密度固态胺纤维材料的应用，主要是涉及对 烟道气中酸性气体的吸附应用。 本专利技术上述目的通过以下技术方案实现： 一种树枝状高密度固态胺纤维材料，其特征在于，其结构式如式（I)所示：式⑴； 其中，Rl为順2或011;1?2为（CH2CH2NH)n，n=0, 1,2,3 ;R3为H或CH3。 上述树枝状高密度固态胺纤维材料是以有机纤维或天然纤维为基体，经过预处 理、接枝反应(接枝功能化)、胺化反应、Michael加成反应和酰胺取代反应等一系列反应后 制备得到。该树枝状高密度固态胺纤维材料能够吸附捕集酸性气体，吸附容量高，可用于吸 附富集烟道气中的酸性气体，且在吸附气体后，可经过热脱附再生，是一种再生性能良好的 可再生环保型吸附材料；所述预处理包括碱预处理和钴60伽马射线辐照预处理。 其中，所述酰胺取代反应是将经Michael加成反应所得的加成纤维与多胺试剂进 行酰胺取代反应，所述多胺试剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或五乙烯 六胺。 优选地，所述有机纤维为聚丙烯纤维、粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维或 聚四氟乙烯纤维；所述天然纤维为剑麻纤维。 具体地，上述树枝状高密度固态胺纤维材料的制备方法包括步骤如下： 51. 对基体纤维原料进行预处理 511. 碱预处理：用5~20wt%NaOH水溶液浸泡基体纤维原料10~24h，再用蒸馏水 洗涤纤维至中性，70°C真空干燥； 512. 钴60伽马射线辐照预处理：将碱预处理后的基体纤维用钴60的伽马射线进行辐 照预处理，辐照计量为20~40kGy，辐照时间为24~50h，得到预处理后的基体纤维； 52. 接枝反应：将预处理后的基体纤维与接枝单体溶液进行接枝反应，得接枝纤维； 53.胺化反应(胺化改性）：将接枝纤维与氯化铝混合后，再加入多胺试剂进行胺化反 应，得胺化纤维； 54. Michael加成反应：将胺化纤维与不饱和单体溶液混合，再加入活化剂，使纤维进 行Michael加成反应，得加成纤维；所述活化剂为醇钠(如甲醇钠或乙醇钠）； 55. 酰胺取代反应 551. 将加成纤维与多胺试剂溶液混合，控制加成纤维的重量与多胺试剂的体积的比例 为1:5~1:60,使纤维与多胺试剂在20~60°C进行酰胺取代反应10~48h，所述多胺试剂 溶液的浓度为5~50 % ; 552. 反应结束后，乙醇洗涤除去多余的多胺试剂，真空干燥，得到树枝状高密度固态胺 纤维材料。 其中，优选地，步骤SI所述基体纤维为有机纤维或天然纤维；所述有机纤维为聚 丙烯纤维、粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维或聚四氟乙烯纤维；所述天然纤维为剑 麻纤维。 步骤S2所述接枝单体溶液的浓度为2~50% ;基体纤维的重量与接枝单体溶液的 体积的比例为1:10~1:50 (即浴比为1:10~1:50);所述接枝单体为丙烯酰胺、丙烯酸甲 酯或甲基丙烯酸甲酯，接枝单体溶液的溶剂为水、甲醇、四氢呋喃或N，N-二甲基甲酰胺；所 述接枝反应的反应条件为50~90°C接枝反应1~IOh;所述接枝反应结束后，依次用蒸馏 水、乙醇洗涤抽滤除去均聚物，70°C真空干燥，得接枝纤维。 步骤S3所述接枝纤维与氯化铝的重量比为1:0. 1~1:10 ;所述多胺试剂的体积 与接枝纤维的重量的比例为10:1~70:1 ;所述胺化反应的条件为90~150°C下反应4~ IOh;所述胺化反应结束后用水浸洗若干次，最后用乙醇冲洗，抽滤，70°C烘干，得胺化纤维 (固态胺纤维)。 步骤S4所述胺化纤维的重量与不饱和单体溶液的体积的比例为1:10~1:60 ;所 述Michael加成反应的条件为10~60°C条件下反应1~24h;所述Michael加成反应结束 后，抽滤除去均聚物，真空干燥，得加成纤维；所述不饱和单体溶液的浓度为5~50% ;所述 不饱和单体为丙烯酰胺、丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯，不饱和单体溶液的溶剂为甲醇、乙 醇或丙三醇。 优选地，步骤S3或S5所述多胺试剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯 五胺或五乙烯六胺，多胺试剂溶液的溶剂为甲醇、乙醇、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或2， 4_环氧六烷。 上述树枝状高密度固态胺纤维材料在吸附酸性气体方面的应用也应在本专利技术的 保护范围之内。优选地，所述酸性气体为C02、H2S或SO2。所述树枝状高密度固态胺纤维材 料对酸性气体的吸附容量高，且可经过热脱附再生，循环再生10次后的再生效率为90%以 上。 另外，上述树枝状高密度固态胺纤维材料还可应用于抗菌领域，其抗金黄色葡萄 球菌率为96%以上，抗大肠杆菌率为98%以上，抗白色念珠菌率为95%以上；该纤维材料在 抗金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和/或白色念珠菌方面的应用也在本专利技术的保护范围之内。 因此，上述树枝状高密度固态胺纤维材料既能够很好地吸附酸性气体，又能够抗 菌，可应用于制备医用材料或制备功能服装面料方面。 本专利技术具有以下有益效果： 本专利技术以有机纤维或天然纤维为基体纤维，将经碱液预处理过的基体纤维用钴60的 伽马射线辐照，用所得的预辐照纤维经接枝丙烯酸类单体、胺化取代反应、氨基与不饱和单 体发生Michael加成和酰胺取代化学改性，制备得到树枝状高密度固态胺纤维材料。以更 多氨基的引入并借此提高固态胺吸附纤维的吸附容量为出发点，采用两次甚至是多次的接 枝、胺化反应的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种树枝状高密度固态胺纤维材料，其特征在于，其结构式如式（I）所示：式（I）；其中，R1为NH2或OH；R2为（CH2CH2NH）n，n=0,1,2,3；R3为H或CH3。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈水挟，吴清华，许腾，何辉，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44