本发明专利技术公开了一种基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备方法，包括以下步骤：三嵌段共聚物P123溶解于盐酸溶液中，然后依次加入1,3,5‑三甲基苯、正硅酸甲酯、环氧丙烷；所得溶胶经凝胶、干燥、升温至400～800℃并保温5±0.5h，得到阶层多孔二氧化硅块体；将阶层多孔二氧化硅块体放入至有机胺甲醇溶液中，从而使有机胺均匀负载于阶层多孔块体中；所得物置于烘箱中干燥，得到基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂。本发明专利技术还同时公开了利用上述方法制备而得的基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料
，具体涉及一种基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂及制备方法。
技术介绍
近年来，温室气体的日益增加加剧了全球气候变暖，并带来了干旱、洪涝、海平面上升等一系列气候问题，从而严重影响了地球的生态平衡以及人类未来的生存环境。二氧化碳是引起温室效应的主要气体，同时也是一种潜在的碳资源，因此减少温室气体二氧化碳的排放、保护环境成为了目前全球要解决的核心问题之一。在二氧化碳的捕获技术中，捕获材料直接影响了捕获成本的高低。目前常用的二氧化碳捕获材料主要有吸收溶剂、分离膜以及固体吸附剂等。应用最多的捕获材料是胺溶剂，这种捕获材料的优点是吸附容量高、选择性好，但是胺溶剂具有可再生能耗高，对设备具有腐蚀性强而且只适用于中或低浓度的二氧化碳吸收等缺点。因此近年来固体吸附剂受到了广泛关注。常用的固体吸附剂主要包括活性炭、分子筛类、金属氧化物、盐类以及胺基改性多孔材料等。如CN105797678A公开的“复合型中温二氧化碳吸附剂及其制备方法”，提供了一种镁铝型水滑石复合材料来吸附二氧化碳的方法，解决了现有中温二氧化碳吸附剂吸附效率低的问题；CN105289530A公开的“一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂及制备方法”，以有序介孔碳为原料改性制备二氧化碳吸附剂，取得较好的吸附效果。然而现有吸附剂大多使用的是单一孔径的微孔或介孔材料，并且材料形态多为粉末或薄膜，使用后回收再利用比较困难，近年来兴起的大孔-介孔-微孔同时分布的阶层多孔材料既有利于物质传输又有利于吸附，但目前鲜有基于阶层多孔块体材料吸附二氧化碳的相关报道，因此，开发基于此的新型二氧化碳吸附剂具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂及制备方法，该方法借助溶胶-凝胶法合成阶层多孔二氧化硅块体，并通过浸渍法对其进行有机胺担载。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备方法，包括以下步骤：1)、称取5.0～9.8g三嵌段共聚物P123置于25～30ml(较佳为28.8ml)的盐酸溶液中，在冰浴条件下搅拌至三嵌段共聚物P123完全溶解(搅拌时间约为3～6小时)；2)、将2～6ml的1,3,5-三甲基苯加入(缓慢滴加，滴加时间为30±5分钟)至步骤1)溶液中，冰浴条件下充分搅拌1～3小时；3)、将10～14ml(较佳为12ml)正硅酸甲酯加入至步骤2)溶液中，冰浴条件下充分搅拌1～3小时，得到溶液(透明溶液)；4)、将3.2～6.4ml环氧丙烷加入(缓慢滴加，滴加时间为30±5分钟)至步骤3)所得溶液中，冰浴条件下充分搅拌2～5min，得到溶胶(透明溶胶)；5)、将步骤4)所得溶胶置于40±5℃烘箱中12～48小时，得到凝胶(半透明凝胶)；6)、将步骤5)所得凝胶置于60±5℃烘箱中干燥2～5天(目的是使水分完全蒸发)，得到块体(白色块体)；7)、将步骤6)所得块体升温至400～800℃并保温5±0.5h，冷却至室温后，得到阶层多孔二氧化硅块体；8)、将有机胺加入甲醇(无水甲醇)中，搅拌至有机胺完全溶解，得有机胺甲醇溶液；9)、将步骤7)所得的阶层多孔二氧化硅块体放入至步骤8)所得的有机胺甲醇溶液，于40±5℃(水浴)搅拌2～4h(较佳为3h)；从而使有机胺均匀负载于阶层多孔块体中；有机胺甲醇溶液中的有机胺与阶层多孔二氧化硅块体的质量比为0.43～4：1(较佳为0.67～1.5:1)；10)、将步骤9)的所得物置于80±10℃烘箱中干燥1～2天，得到基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂(即，有机胺改性的阶层多孔二氧化硅块体)。作为本专利技术的基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备方法的改进：所述步骤8)中有机胺为聚乙烯亚胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺中的至少一种(即，一种或几种)。作为本专利技术的基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备方法的进一步改进：所述步骤1)中盐酸溶液的浓度为0.001mol·L-1～0.1mol·L-1。上述浓度例如为0.001mol·L-1、0.01mol·L-1、0.1mol·L-1。作为本专利技术的基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备方法的进一步改进：所述步骤7)中，将步骤6)的块体放入马弗炉在空气中以2℃·min-1的速度升温至400～800℃，并保温5±0.5h，之后随炉冷却，得到阶层多孔二氧化硅块体。本专利技术还同时公开了利用上述方法制备而得的基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂。本专利技术的制备方法如图1所示。在本专利技术中，三嵌段共聚物P123，全称为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，其分子式为PEO-PPO-PEO。采用本专利技术方法制备而得的基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂(即，基于阶层多孔二氧化硅块体担载有机胺的二氧化碳吸附剂)，结构为大孔-介孔-微孔同时分布的阶层多孔二氧化硅，形状为块状固体，其对二氧化碳吸附和循环再生性能好，回收再生方便，其能用于高于常温的二氧化碳吸附。即，其对二氧化碳吸附和循环再生性能好。本专利技术具有如下技术优势：与同类型吸附剂相比，提出了一种基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备方法，为吸附剂的发展提供了新思路；产品具有良好的热稳定性，可用于高于常温的二氧化碳吸附；新型吸附剂的二氧化碳吸附和循环再生性能好，所需实验条件和实验成本低，制备工艺绿色环保。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图1为一种基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备流程图。图2为实施例1合成的阶层多孔二氧化硅5000倍扫描电镜照片。图3为实施例1合成的阶层多孔二氧化硅50000倍扫描电镜照片。图4为实施例4制备的吸附剂8次吸附脱附循环过程的吸附容量变化。图5是热重分析(TG)结果图；图5中，a:实施例2；b:实施例3；c:实施例4。图6是实施例2、对比例1-1、对比例1-2的CO2吸附曲线对比图；图6中，a:实施例2；b:对比例1-1；c:对比例1-2。图7是实施例2、对比例2-1、对比例2-2的CO2吸附曲线对比图；图7中，a:实施例2；b:对比例2-1；c:对比例2-2。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例1、一种阶层多孔二氧化硅块体的制备方法：称取7gP123加入到0.01mol·L-1的盐酸溶液28.8ml中，冰浴条件下磁力搅拌5小时从而使P123完全溶解；之后缓慢滴加(滴加时间为30分钟)4ml的1,3,5-三甲基苯，冰浴条件下充分搅拌3小时；再加入12ml正硅酸甲酯，冰浴条件下充分搅拌3小时；接着再缓慢滴加(滴加时间为30分钟)5.5ml环氧丙烷，冰浴条件下充分搅拌5min，得到溶胶(透明溶胶)；将溶胶置于40±5℃烘箱中36小时，所得到的凝胶(半透明凝胶)置于60±5℃烘箱中干燥4天(目的是使水分完全蒸发)，将所得到的块体(白色块体)放入马弗炉在空气中以2℃·min-1的速度升温至550℃，并保温5h，之后随炉冷却至室温后，得到阶层多孔二氧化硅块体。实施例2、一种基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备方法：称取5.72g的PEI(聚乙烯亚胺)溶解于甲醇15ml中配制成本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)、称取5.0～9.8g三嵌段共聚物P123置于25～30ml的盐酸溶液中，在冰浴条件下搅拌至三嵌段共聚物P123完全溶解；2)、将2～6ml的1,3,5‑三甲基苯加入至步骤1)溶液中，冰浴条件下充分搅拌1～3小时；3)、将10～14ml正硅酸甲酯加入至步骤2)溶液中，冰浴条件下充分搅拌1～3小时，得到溶液；4)、将3.2～6.4ml环氧丙烷加入至步骤3)所得溶液中，冰浴条件下充分搅拌2～5min，得到溶胶；5)、将步骤4)所得溶胶置于40±5℃烘箱中12～48小时，得到凝胶；6)、将步骤5)所得凝胶置于60±5℃烘箱中干燥2～5天，得到块体；7)、将步骤6)所得块体升温至400～800℃并保温5±0.5h，冷却至室温后，得到阶层多孔二氧化硅块体；8)、将有机胺加入甲醇中，搅拌至有机胺完全溶解，得有机胺甲醇溶液；9)、将步骤7)所得的阶层多孔二氧化硅块体放入至步骤8)所得的有机胺甲醇溶液，于40±5℃搅拌2～4h；从而使有机胺均匀负载于阶层多孔块体中；有机胺甲醇溶液中的有机胺与阶层多孔二氧化硅块体的质量比为0.43～4：1；10)、将步骤9)的所得物置于80±10℃烘箱中干燥1～2天，得到基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂。...
【技术特征摘要】
1.基于阶层多孔二氧化硅块体的二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)、称取5.0～9.8g三嵌段共聚物P123置于25～30ml的盐酸溶液中，在冰浴条件下搅拌至三嵌段共聚物P123完全溶解；2)、将2～6ml的1,3,5-三甲基苯加入至步骤1)溶液中，冰浴条件下充分搅拌1～3小时；3)、将10～14ml正硅酸甲酯加入至步骤2)溶液中，冰浴条件下充分搅拌1～3小时，得到溶液；4)、将3.2～6.4ml环氧丙烷加入至步骤3)所得溶液中，冰浴条件下充分搅拌2～5min，得到溶胶；5)、将步骤4)所得溶胶置于40±5℃烘箱中12～48小时，得到凝胶；6)、将步骤5)所得凝胶置于60±5℃烘箱中干燥2～5天，得到块体；7)、将步骤6)所得块体升温至400～800℃并保温5±0.5h，冷却至室温后，得到阶层多孔二氧化硅块体；8)、将有机胺加入甲醇中，搅拌至有机胺完全溶解，得有机胺甲醇溶液；9)、将步骤7)所得的阶层多孔二氧化硅块体放入至步骤8)所得的有机胺甲醇溶液，于40±5...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭兴忠，丁力，单加琪，杨辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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