含磺酸聚合物材料作为胺吸附剂制造技术

本发明专利技术提供了一种捕获碱性含氮化合物的方法。该碱性含氮化合物通过在含磺酸聚合物材料上的吸附(吸附作用)被捕获。该含磺酸聚合物材料是由包含可自由基聚合的螺双茚满单体的可聚合组合物形成的。另外，提供了一种聚合物材料，其是具有至少一个‑SO3H基团的含磺酸聚合物材料和式Q的碱性含氮化合物的反应产物。该聚合物材料具有至少一个式‑SO3‑(QH+)的基团。

Polymer containing sulfonic acid as amine adsorbent

The invention provides a method for capturing basic nitrogen compounds. The basic nitrogen compound is captured by adsorption (adsorption) on a sulfonic acid polymer material. The sulfonic acid polymer material is formed from a polymerizable composition comprising a free radical polymerization of a spiro bis. In addition, provides a kind of polymer material, which is a reaction product with at least one SO3H group containing sulfonic acid polymer and Q basic nitrogen-containing compounds. The polymer material has at least one type of SO3 (QH+) group.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年6月13日提交的美国临时专利申请62/011694的优先权，其公开内容全文以引用方式并入。
本专利技术提供了一种捕获含磺酸聚合物材料上的碱性含氮化合物的方法以及由该捕获得到的材料。
技术介绍
氨是常用的化学物质并且存在于许多不同的环境中。例如，在其中无水氨用作肥料或其中存在动物排泄物但可能通风不足的农场里，或在使用含氨清洁剂的办公室和房屋中，氨在多种制造位点处存在以用于广泛范围的化学反应。氨蒸气可造成显著的健康风险。例如，在美国，对于氨蒸气，OSHA已设定25ppm的8小时暴露极限，并且NIOSH最近将IDLH(即刻威胁生命和健康浓度)水平从500ppm降低至300ppm。即，暴露于浓度大于300ppm的氨蒸气30分钟可导致死亡或对健康不可逆的损害。因为患病率和氨的潜在健康风险这两者，已经开发出各种呼吸产品以降低对这种化合物的暴露以及对其它挥发性含氮化合物如胺类的暴露。这些呼吸产品通常包含吸附剂，所述吸附剂可捕获氨或挥发性胺类，从而将它们从空气中去除。活性炭是最常用的吸附剂。活性炭是微孔的并且是用于多种化合物诸如挥发性有机化合物(VOC)通过物理吸附机制的优异的吸附剂。物理吸附的化合物被吸附但不与活性炭的表面发生化学反应。不像许多挥发性有机化合物那样，氨和挥发性胺类通常没有通过物理吸附被有效地捕获。相反，氨和挥发性胺类通常通过化学吸附被更有效地捕获，其中化合物与吸附剂本身或者与浸渍到吸附剂中的化合物发生化学反应。已作出很多努力来用各种可与氨和挥发性胺类发生反应的材料浸渍活性炭。例如，已用各种酸诸如硫酸和磷酸浸渍活性炭。虽然作为氨和挥发性胺类的吸附剂，经浸渍的活性炭趋于比活性炭本身更有效，但所用的浸渍化学物质可降低活性炭对其它挥发性有机化合物(VOC)的吸附容量。即，浸渍化学物质占据活性炭的孔并减少可用于通过物理吸附机制捕获其它挥发性有机化合物的表面积。
技术实现思路
提供了一种捕获碱性含氮化合物的方法。该碱性含氮化合物通过在含磺酸聚合物材料上的吸附被捕获。该含磺酸聚合物材料是由包含可自由基聚合的螺双茚满(spirobisindane)单体的可聚合组合物形成的。另外，提供了一种具有至少一个式-SO3-(QH+)的基团的聚合物材料。该聚合物材料是具有至少一个-SO3H基团的含磺酸聚合物材料和式Q的碱性含氮化合物的反应产物。在第一方面，提供了一种捕获含氮化合物的方法。该方法包括提供具有至少一个-SO3H基团的含磺酸聚合物材料。该含磺酸聚合物材料包含含有(i)前体聚合物材料和(ii)含磺酰基化合物的第一反应混合物的第一反应产物。前体聚合物材料包含可聚合组合物的聚合产物，所述可聚合组合物包含式(I)的单体。在式(I)中，每个R1为氢、卤素、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，其中至少一个R1为氢。每个R2独立地为氢、烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，与连接至同一碳原子的R3结合以形成环状烷基，或者与连接至所述同一碳原子的R3结合以形成稠合至一个或多个碳环的环状烷基。每个R3独立地为氢、烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，与连接至同一碳原子的R2结合以形成环状烷基，与连接至所述同一碳原子的R2结合以形成稠合至一个或多个碳环的环状烷基，或者与连接至相邻碳原子的R4结合以形成碳-碳键。每个R4独立地为氢，或者与连接至所述相邻碳原子的R3组合以形成碳-碳键。该方法还包括吸附所述含磺酸聚合物材料上的式Q的碱性含氮化合物以形成具有至少一个式-SO3-(QH+)的基团的聚合物材料。在第二方面，提供了具有至少一个式-SO3-(QH+)的基团的聚合物材料，所述聚合物材料包含含有(a)具有至少一个-SO3H基团的含磺酸聚合物材料和(b)式Q的碱性含氮化合物的酸-减反应混合物的酸-减反应产物。含磺酸聚合物材料包含含有(i)前体聚合物材料和(ii)含磺酰基化合物的第一反应混合物的第一反应产物。前体聚合物材料包含可聚合组合物的聚合产物，所述可聚合组合物包含式(I)的单体。在式(I)中，每个R1为氢、卤素、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，其中至少一个R1为氢。每个R2独立地为氢、烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，与连接至同一碳原子的R3结合以形成环状烷基，或者与连接至所述同一碳原子的R3结合以形成稠合至一个或多个碳环的环状烷基。每个R3独立地为氢、烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，与连接至同一碳原子的R2结合以形成环状烷基，与连接至所述同一碳原子的R2结合以形成稠合至一个或多个碳环的环状烷基，或者与连接至相邻碳原子的R4结合以形成碳-碳键。每个R4独立地为氢，或者与连接至所述相邻碳原子的R3结合以形成碳-碳键。具体实施方式提供了一种用于捕获具有至少一个硫酸(-SO3H)基团的含磺酸聚合物材料上的式Q的碱性含氮化合物的方法。捕获所述碱性含氮化合物导致形成具有-SO3-(QH+)基团的聚合物材料。另外，提供了一种具有式-SO3-(QH+)的基团的聚合物材料。该聚合物材料是具有至少一个-SO3H基团的含磺酸聚合物材料和式Q的碱性含氮化合物的反应产物。术语“一个”、“一种”和“该”、“所述”可互换使用，“至少一个(种)”是指一个(种)或多个(种)所述要素。术语“卤素”是指为卤素原子的基团的单价基团。卤素可为氟、氯、溴或碘。术语“烷基”是指为烷烃的基团的单价基团。烷基基团可具有1至20个碳原子。烷基基团可为直链的、支链的、环状的，或它们的组合。当烷基为直链的时，其可具有1至20个碳原子。当烷基为支链的或环状的时，其可具有3至20个碳原子。术语“芳基”是指为芳族碳环化合物的基团的一价基团。芳基基团具有至少一个芳族碳环并可具有1至5个连接至或稠合至芳族碳环的任选的环。所述另外的环可为芳族的、脂族的、或它们的组合。芳基基团通常具有5至20个碳原子，或6至10个碳原子。术语“烷芳基”是指被至少一个烷基基团取代的芳基基团。烷芳基基团含有6至40个碳原子。烷芳基基团常常包含具有5至20个碳原子的芳基基团和具有1至20个碳原子的烷基基团。术语“芳烷基”是指被至少一个芳基基团取代的烷基基团。芳烷基基团含有6至40个碳原子。芳烷基基团常常包含具有1至20个碳原子的烷基基团和具有5至20个碳原子的芳基基团。术语“碳环基团”是指脂族或芳族碳环结构。碳环基团可为饱和的、部分不饱和的或不饱和的。碳环基团常常包含5至20个碳原子。术语“聚合物”既指由一种单体制得的聚合物材料如均聚物，又指由两种或更多种单体制得的聚合物材料如共聚物、三元共聚物等。同样，术语“聚合”是指制备聚合物材料的工艺，所述聚合物材料可为均聚物、共聚物、三元共聚物等。术语“吸附(sorb)”、“吸附(sorbing)”和“吸附作用(sorption)”是指在吸附剂的表面上吸附化合物、吸收化合物、或吸附和吸收化合物两者。术语“吸附剂”是指能够通过吸附作用、吸收作用或两者来吸附化合物的材料。吸附机制可基于化学吸附、物理吸附或两者。术语“微孔”是指直径小于2纳米的孔。术语“中孔”是指直径在2至50纳米范围内的孔。术语“大孔”是指直径大于50纳米的孔。在第一方面，提供了一种捕获含氮化合物的方法。该方法包括提供具有至少一个-SO3H基团的含磺酸聚合物材料。含磺酸聚合物材料包含含有(i)前体聚合物材料和(ii)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种捕获含氮化合物的方法，所述方法包括：a)提供具有至少一个‑SO2OH基团的含磺酸聚合物材料，所述含磺酸聚合物材料包含第一反应混合物的第一反应产物，所述第一反应混合物包含：i)前体聚合物材料，所述前体聚合物材料包含可聚合组合物的聚合产物，所述可聚合组合物包含式(I)的单体其中每个R1为氢、卤素、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，其中至少一个R1为氢；每个R2独立地为氢、烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，与连接至同一碳原子的R3结合以形成环状烷基，或者与连接至所述同一碳原子的R3结合以形成稠合至一个或多个碳环的环状烷基；每个R3独立地为氢、烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，与连接至同一碳原子的R2结合以形成环状烷基，与连接至所述同一碳原子的R2结合以形成稠合至一个或多个碳环的环状烷基，或者与连接至相邻碳原子的R4结合以形成碳‑碳键；并且每个R4独立地为氢，或者与连接至所述相邻碳原子的R3结合以形成碳‑碳键；和ii)含磺酰基化合物；以及b)吸附所述含磺酸聚合物材料上的式Q的碱性含氮化合物以形成具有至少一个式‑SO3‑(QH+)的基团的聚合物材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.13 US 62/011,6941.一种捕获含氮化合物的方法，所述方法包括：a)提供具有至少一个-SO2OH基团的含磺酸聚合物材料，所述含磺酸聚合物材料包含第一反应混合物的第一反应产物，所述第一反应混合物包含：i)前体聚合物材料，所述前体聚合物材料包含可聚合组合物的聚合产物，所述可聚合组合物包含式(I)的单体其中每个R1为氢、卤素、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，其中至少一个R1为氢；每个R2独立地为氢、烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，与连接至同一碳原子的R3结合以形成环状烷基，或者与连接至所述同一碳原子的R3结合以形成稠合至一个或多个碳环的环状烷基；每个R3独立地为氢、烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，与连接至同一碳原子的R2结合以形成环状烷基，与连接至所述同一碳原子的R2结合以形成稠合至一个或多个碳环的环状烷基，或者与连接至相邻碳原子的R4结合以形成碳-碳键；并且每个R4独立地为氢，或者与连接至所述相邻碳原子的R3结合以形成碳-碳键；和ii)含磺酰基化合物；以及b)吸附所述含磺酸聚合物材料上的式Q的碱性含氮化合物以形成具有至少一个式-SO3-(QH+)的基团的聚合物材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱性含氮化合物具有不大于150克/摩尔的分子量(重均分子量)。3.根据权利要求1或2所述的聚合物材料，其中所述碱性含氮化合物为氨、肼化合物、胺化合物、或含氮杂环化合物。4.一种具有至少一个式-SO3-(QH+)的基团的聚合物材料，所述聚合物材料包含酸-碱反应混合物的酸-碱反应产物，所述酸-碱反应混合物包含：a)具有至少一个-SO3H基团的含磺酸聚合物材料，所述含磺酸聚合物材料包含第一反应混合物的第一反应产物，所述第一反应混合物包含：i)前体聚合物材料，所述前体聚合物材料包含可聚合组合物的聚合产物，所述可聚合组合物包含式(I)的单体其中每个R1为氢、卤素、烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，其中至少一个R1为氢；每个R2独立地为氢、烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，与连接至同一碳原子的R3结合以形成环状烷基，或者与连接至所述同一碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·S·文德兰德，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US