一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法及应用，以2,3‑O‑异亚丙基‑D‑苏醇、1,4‑二氧六环、四乙二醇二对甲苯磺酸酯、盐酸、三乙胺、二氯甲烷、甲磺酰氯、叠氮化钠、15‑冠醚‑5、钯碳、乙醇等作为原料经过一系列反应制备得到所述液体多孔材料，并将其用于提取垃圾填埋气中的甲烷。本发明专利技术具有甲烷回收率高、可靠性高、可再生循环利用的优点。

Preparation method and application of liquid porous material for extracting methane

The invention discloses a method for extracting liquid methane porous material, preparation method and application of 2,3 O to isopropylidene D Su 1,4 two alcohol, six oxygen ring, four ethylene glycol ditosylate, two hydrochloric acid, three triethylamine, dichloromethane, methyl sulfonyl chloride, sodium azide, 15 5, crown ether and ethanol as raw materials of palladium carbon through a series of reactions were prepared by the liquid porous material, and used for the extraction of methane in landfill gas. The invention has the advantages of high methane recovery rate, high reliability and renewable recycling utilization.

【技术实现步骤摘要】
一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法及应用
本专利技术涉及一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法及应用，属于垃圾填埋气的净化提浓领域。
技术介绍
随着社会经济的发展和城市化进程的加快，我国城市固体废物的产生量迅速增加。垃圾产生量大幅度增加的同时垃圾中可生物降解的有机物含量也大幅度增加，有机生活垃圾处理过程中产生大量的填埋气，填埋气中有50-60%是甲烷，其余是二氧化碳、氮气、氧气和其他微量气体。甲烷是温室效应气体，也是一种可燃气体，如不处理排放，不仅会污染环境，造成严重的温室效应，还容易发生着火和爆炸事故，是重大的安全隐患。目前对于垃圾填埋气中甲烷提取方法研究较少，专利CN103159580需将垃圾填埋气压缩至较大压力，压缩过程中会造成危险，且需要加热到高温才可以进行提取实验。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法，并将制得的液体材料用于提取垃圾填埋气中的甲烷，将含有各种杂质的垃圾填埋气制成高浓度的甲烷气体用作燃料。本专利技术的技术方案如下：一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法，包括以下步骤：（1）在氮气氛围下，由2,3-O-异亚丙基-D-苏醇与氢化钠、1,4-二氧六环制得的混合液Ⅰ在60-70℃反应1-1.5h，再加入由四乙二醇二对甲苯磺酸酯制得的混合液Ⅱ，在90-100℃反应22-23h得到产物S1，产物S1用三氯甲烷和水萃取，三氯甲烷层（下层）用硫酸钠干燥脱水，再真空浓缩；（2）将浓缩后的产物S1加入盐酸、甲醇在室温下反应18-20h得到产物S2，产物S2用饱和碳酸氢钠溶液和三氯甲烷萃取，三氯甲烷层（下层）用硫酸镁干燥脱水，再真空浓缩；（3）浓缩后的产物S2在氮气氛围下加入三乙胺、二氯甲烷在0-2℃反应10-15min，再加入甲磺酰氯，反应1-1.5h，然后在常温下反应1-1.5h得到产物S3，产物S3用饱和碳酸氢钠溶液和二氯甲烷萃取，二氯甲烷层（下层）用硫酸镁干燥脱水，再真空浓缩；（4）在氮气氛围下在二甲亚砜中加入叠氮化钠制得溶液Ⅰ，另将浓缩后的产物S3和15-冠醚-5溶解到二甲亚砜中制得溶液Ⅱ，然后将两个溶液混合，在100-120℃反应48-50h得到产物S4，产物S4用乙醚和水萃取，乙醚层（上层）经真空浓缩；（5）将浓缩后的产物S4放入水热反应釜，并加入钯碳和乙醇，在2-2.5MPa氢气气氛下反应48-50h，浓缩即得所述液体多孔材料。步骤（1）中，混合液Ⅰ中2,3-O-异亚丙基-D-苏醇与氢化钠、1,4-二氧六环的质量比为3:8:1000-3:8:1040，混合液Ⅱ中四乙二醇二对甲苯磺酸酯与1,4-二氧六环的质量比为1:65-1:70；混合液Ⅰ与混合液Ⅱ的质量比为1.7:1-2:1。步骤（2）中产物S1与盐酸、甲醇的比例为1g:1mL:3mL-1g:2mL:3mL，盐酸的浓度为2-3mol/L。步骤（3）中产物S2与三乙胺、二氯甲烷的比例为1g:4mL:22mL-1g:4mL:25mL；产物S2与甲磺酰氯比例为1g:1mL-1g:3mL。步骤（4）中，制备溶液Ⅰ时，二甲亚砜与叠氮化钠体积比为1:1-2:1；制备溶液Ⅱ时，产物S3与15-冠醚-5、二甲亚砜的比例为10g:1mL:15mL-10g:1mL:30mL；溶液Ⅰ与溶液Ⅱ体积比为2:1-3:1。步骤（5）中产物S4与钯碳、乙醇的比例为7g:1g:100mL-7g:1g:140mL。进一步地，产物S1、S2、S3、S4经真空浓缩后，用柱色谱进行提纯后再用于下一步骤。将制得的液体多孔材料用于提取垃圾填埋气中的甲烷，当其失活后可以通过加热的方式恢复活性，重复使用，具体再生方法为：将失活的液体多孔材料在100-120℃、1000-1200r/min的条件下加热6-8h，然后40-60℃超声1-2h即可。本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术方法较为简单、耗能很少；（2）用本专利技术制得的液体多孔材料处理垃圾填埋气中的甲烷，只是一个简单吸附反应，不需要高温条件，在常温常压下就可以提取垃圾填埋气中的甲烷，能够有效的回收利用垃圾填埋气中的甲烷，达到垃圾填埋气回收利用、节能减排、变废为宝的效果；（3）失活后的液体多孔材料通过加热处理后可以循环再生；（4）净化提浓甲烷过程中无需先脱氧，可直接对甲烷进行提取；（5）净化提浓过程中无连续污染物排放，杂质可以固化收集。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。实施例1一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法，包括以下步骤：（1）在氮气氛围下，由2,3-O-异亚丙基-D-苏醇1.5g与氢化钠4g、1,4-二氧六环500mL制得的混合液Ⅰ在60℃反应1.5h，再加入由四乙二醇二对甲苯磺酸酯4g与1,4-二氧六环250mL制得的混合液Ⅱ，混合液Ⅰ与混合液Ⅱ的质量比为1.99:1，在90℃反应23h得到产物S1，产物S1用三氯甲烷和水萃取，三氯甲烷层（下层）用硫酸钠干燥脱水，再真空浓缩；（2）将浓缩后的产物S15g加入2mol/L盐酸5mL、甲醇17mL在室温下反应18h得到产物S2，产物S2用饱和碳酸氢钠溶液和三氯甲烷萃取，三氯甲烷层（下层）用硫酸镁干燥脱水，再真空浓缩；（3）浓缩后的产物S21.6g在氮气氛围下加入三乙胺6.4mL、二氯甲烷36mL在0℃反应15min，再加入甲磺酰氯3mL反应1h，然后在常温下反应1h得到产物S3，产物S3用饱和碳酸氢钠溶液和二氯甲烷萃取，二氯甲烷层（下层）用硫酸镁干燥脱水，再真空浓缩；（4）在氮气氛围下在二甲亚砜2.8mL中加入叠氮化钠5.2g制得溶液Ⅰ，另将浓缩后的产物S31g和15-冠醚-50.1mL溶解到1.5mL二甲亚砜中制得溶液Ⅱ，然后将两个溶液混合，溶液Ⅰ与溶液Ⅱ体积比为3:1，在100℃反应50h得到产物S4，产物S4用乙醚和水萃取，乙醚层（上层）真空浓缩；（5）将浓缩后的产物S41.4g放入水热反应釜，并加入钯碳0.2g和乙醇28mL，在2MPa氢气气氛下反应50h，浓缩即得所述液体多孔材料。将制得的液体多孔材料用于提取垃圾填埋气中的甲烷。填埋气的组成如下表所示：杂质含量如下表：提取条件：H2S：200ppm；填埋气输入压力：常压；填埋气温度：≤40℃；填埋气流量：3000Nm3/h；将填埋气通入到制得的液体多孔材料中，经过3个小时后甲烷提取浓度达到95%以上。再生步骤：将失活的液体多孔材料在100℃、1000r/min的条件下加热8h，然后40℃超声2h。实施例2一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法，包括以下步骤：（1）在氮气氛围下，由2,3-O-异亚丙基-D-苏醇1.5g与氢化钠4g、1,4-二氧六环490mL在70℃反应1h，再加入由四乙二醇二对甲苯磺酸酯4g与1,4-二氧六环260mL制得的混合液Ⅱ，混合液Ⅰ与混合液Ⅱ的质量比为1.77，在100℃反应22h得到产物S1，产物S1用三氯甲烷和水萃取，三氯甲烷层（下层）用硫酸钠干燥脱水，再真空浓缩后，用柱色谱提纯；（2）将提纯后的产物S15g加入3mol/L盐酸10mL、甲醇17mL在室温下反应20h得到产物S2，产物S2用饱和碳酸氢钠溶液和三氯甲烷萃取，三氯甲烷层（下层）用硫酸镁干燥脱水，再真空浓缩后，用柱色谱提纯；（3）提纯后的产物S22g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法，包括以下步骤：（1）在氮气氛围下，由2,3‑O‑异亚丙基‑D‑苏醇与氢化钠、1,4‑二氧六环制得的混合液Ⅰ在60‑70℃反应1‑1.5h，再加入由四乙二醇二对甲苯磺酸酯制得的混合液Ⅱ，在90‑100℃反应22‑23h得到产物S1，产物S1用三氯甲烷和水萃取，三氯甲烷层干燥脱水后，再真空浓缩；（2）将浓缩后的产物S1加入盐酸、甲醇在室温下反应18‑20h得到产物S2，产物S2用饱和碳酸氢钠溶液和三氯甲烷萃取，三氯甲烷层干燥脱水后，再真空浓缩；（3）浓缩后的产物S2在氮气氛围下加入三乙胺、二氯甲烷在0‑2℃反应10‑15min，再加入甲磺酰氯，反应1‑1.5h，然后在常温下反应1‑1.5h得到产物S3，产物S3用饱和碳酸氢钠溶液和二氯甲烷萃取，二氯甲烷层干燥脱水后，再真空浓缩；（4）在氮气氛围下在二甲亚砜中加入叠氮化钠制得溶液Ⅰ，另将浓缩后的产物S3和15‑冠醚‑5溶解到二甲亚砜中制得溶液Ⅱ，然后将两个溶液混合，在100‑120℃反应48‑50h得到产物S4，产物S4用乙醚和水萃取，乙醚层经真空浓缩；（5）将浓缩后的产物S4放入水热反应釜，并加入钯碳和乙醇，在2‑2.5MPa氢气气氛下反应48‑50h，浓缩即得所述液体多孔材料。...

【技术特征摘要】
1.一种用于提取甲烷的液体多孔材料的制备方法，包括以下步骤：（1）在氮气氛围下，由2,3-O-异亚丙基-D-苏醇与氢化钠、1,4-二氧六环制得的混合液Ⅰ在60-70℃反应1-1.5h，再加入由四乙二醇二对甲苯磺酸酯制得的混合液Ⅱ，在90-100℃反应22-23h得到产物S1，产物S1用三氯甲烷和水萃取，三氯甲烷层干燥脱水后，再真空浓缩；（2）将浓缩后的产物S1加入盐酸、甲醇在室温下反应18-20h得到产物S2，产物S2用饱和碳酸氢钠溶液和三氯甲烷萃取，三氯甲烷层干燥脱水后，再真空浓缩；（3）浓缩后的产物S2在氮气氛围下加入三乙胺、二氯甲烷在0-2℃反应10-15min，再加入甲磺酰氯，反应1-1.5h，然后在常温下反应1-1.5h得到产物S3，产物S3用饱和碳酸氢钠溶液和二氯甲烷萃取，二氯甲烷层干燥脱水后，再真空浓缩；（4）在氮气氛围下在二甲亚砜中加入叠氮化钠制得溶液Ⅰ，另将浓缩后的产物S3和15-冠醚-5溶解到二甲亚砜中制得溶液Ⅱ，然后将两个溶液混合，在100-120℃反应48-50h得到产物S4，产物S4用乙醚和水萃取，乙醚层经真空浓缩；（5）将浓缩后的产物S4放入水热反应釜，并加入钯碳和乙醇，在2-2.5MPa氢气气氛下反应48-50h，浓缩即得所述液体多孔材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，混合液Ⅰ中2,3-O-异亚丙基-D-苏醇与氢化钠、1,4-二氧六环的质量比为3:8:1000-3:8:1040，混合液Ⅱ中四乙二醇二对甲苯磺酸酯与1,4-二氧六环的质量比为1:65-1:70；混合液Ⅰ与混合液Ⅱ的质量比为1.7:1-2:1。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鑫，孙丽娜，宁平，李凯，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53