一种具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可相分离的二氧化碳吸收剂的制备方法，是将温敏性三嵌段聚合物上接枝氨基酸；利用胺化剂氨解温敏性三嵌段聚合物，然后将硅烷化的磁性四氧化三铁纳米粒子接枝在氨解后的温敏性三嵌段聚合物上，得到接枝磁性粒子的温敏性三嵌段共聚物；将接枝磁性粒子的温敏性三嵌段共聚物与接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物按一定比例混合，从而得到的。本发明专利技术制备的二氧化碳吸附剂具有温度响应性和磁响应性，在一定的温度下，CO

【技术实现步骤摘要】
一种具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及一种可相分离的具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂及其制备方法、应用，属于液体吸收CO2

技术介绍
随着全球气候的持续恶化，世界各国对地球“温室效应”问题愈来愈关注。在众多已知的温室气体中，CO2对温室效应的贡献比占所有温室气体总温室效应的64％，是导致“温室效应”的主要元凶。因此，发展有效的CO2捕集技术和高效、节能、环保的CO2吸收材料是实现人类可持续发展的当务之急之一。现在已经研究的燃烧后捕集分离材料各有其优缺点。其中，液体吸收材料分离CO2效果好，投资成本低，且技术发展成熟可靠，易于在现有工业基础上进行改造，因而在工业上得到广泛应用。已见报道的液体吸收材料主要有无机溶液、有机胺溶液、离子液体以及吸收剂。工业上使用最普遍的是基于乙醇胺的CO2吸收剂，然而，该技术存在胺物质的挥发、腐蚀设备及再生能耗巨大等缺点，不能满足节能环保的需求相分离液体吸收剂，是一类新型的节能型二氧化碳吸收剂。其溶剂具有独特的热力学特性，当二氧化碳被吸收或进一步升高已负载二氧化碳的吸收剂的温度后，它就变成互不相容的两相，即CO2富集相和CO2贫乏相。只需对CO2富集相进行解吸就能实现再生，CO2贫乏相可以再利用，从而极大地降低再生能耗。目前，已有的关于相分离体系的研究如下：Raynal等提出了一种基于可分层溶剂的碳捕集技术，特定的CO2负载或在一定温度条件下会形成两个不混溶的液相。2-二乙氨基乙醇和3-甲氨基丙胺等混合胺溶剂在CO2负载下也能形成两个液相。Li等人发现L-丙氨酸溶液是一系列氨基酸水溶液中一种独特的相变体系。这几种液-液吸收剂虽然能在吸收足够的CO2后发生相分离，但相分离效率较低，且解吸再生过程较为麻烦。Xu等人利用1,4-丁二胺(BDA)和2-(二乙基氨基)-乙醇(DEEA)的溶液来吸收CO2，观察到吸收CO2后溶液分为两个相，大部分的CO2储存在沉淀相中。这是由于DEEA在BDA和CO2反应产物中的溶解性有限。这种固-液相分离体系虽然具有较高的吸收能力、更显著的相分离现象，但其相分离是通过溶解度的变化来实现的，且受吸收剂浓度影响较大，相分离效率较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种可相分离的功能型二氧化碳吸收剂。该二氧化碳吸附剂具有温度响应性和磁响应性，在一定的温度下，CO2富集相会团聚成胶束使得液相转变为固相，在外加磁场的作用下可实现快速相分离，只对固相进行加热解吸即可实现吸附剂的循环再生，具有高效率、低能耗的优点。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂的制备方法，主要步骤如下：第一步，利用季铵盐单体、温敏性单体和丙烯酸酯类单体作为原料，通过原子转移自由基聚合法合成温敏性三嵌段聚合物；第二步，将温敏性三嵌段聚合物上接枝氨基酸，得到接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物；第三步，利用胺化剂氨解温敏性三嵌段聚合物，然后将硅烷化的磁性四氧化三铁纳米粒子接枝在氨解后的温敏性三嵌段聚合物上，得到接枝磁性粒子的温敏性三嵌段共聚物；第四步，将接枝磁性粒子的温敏性三嵌段共聚物与接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物按一定比例混合，并加入水配制成饱和溶液，从而得到具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂。按上述方案，所述温敏性单体主要为N-异丙基丙烯酰胺等；所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸羟乙酯等中的一种或几种的混合物。按上述方案，第一步中，季铵盐单体、温敏性单体和丙烯酸酯类单体之间的质量比为(1～3)：(0.5～1)：1。按上述方案，温敏性三嵌段聚合物接枝氨基酸的具体步骤如下：将温敏性三嵌段聚合物溶解于水中，经过阴离子树脂进行离子交换，然后加入氨基酸，在氮气保护下反应24～48h，透析后冻干，得到接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物；其中，温敏性三嵌段聚合物与去离子水、氨基酸之间的质量比为(1～10)：(50～500)：1。按上述方案，第三步的具体过程如下：1)将温敏性三嵌段聚合物溶解于去离子水中，加入乙二胺后，在30～60℃下反应24～48h，透析后冻干，得到氨解后的温敏性三嵌段聚合物；其中，三嵌段聚合物与去离子水、乙二胺的质量比为1：(50～200)：(1～3)；2)将硅烷化的磁性四氧化三铁纳米粒子分散在乙醇水溶液中，加入氨解后的温敏性三嵌段聚合物和碳酸氢钠，在50～80℃下冷凝回流24～48h，洗涤干燥后，得到接枝磁性粒子的温敏性三嵌段共聚物；其中，硅烷化的磁性四氧化三铁纳米粒子、乙醇水溶液、氨解后的温敏性三嵌段聚合物和碳酸氢钠之间的比例关系为1：(200～500)：(3～10)：(0.3～1)；乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为(1～3)：1。按上述方案，第四步中，接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物与接枝磁性四氧化三铁纳米粒子的温敏性三嵌段聚合物的质量比为1：(0.08～1)；饱和溶液的总固含量约为30～70％。本专利技术还提供一种上述具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂的应用方法，主要步骤如下：(1)取4～10ml配制好的二氧化碳吸收剂，向其中通入CO2；将CO2气体以18ml/min的气体流速持续通气2h；(2)将通完CO2后的吸收剂加热至40～60℃，通过温敏性使得固液两相分离，同时施加外加磁场，使得固液两相分离加速完成，得到固相和液相两部分；(3)取出(2)中分离出的固相加热至100～130℃进行解析，保温4～6h后取出，再将其溶解于(2)中分离的液相部分，即可重新得到具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂，实现了二氧化碳吸收剂吸收CO2、固液相分离、CO2解吸、吸收剂再生的循环，达到重复使用的目的。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：第一、与传统的吸收剂相比，本专利技术制备的功能型CO2吸收剂在相分离过程中不受溶解度的限制，仅通过温度响应性即可达到固液相分离的目的，大大简化相分离过程，同时降低再生能耗。第二、本专利技术所制备的可相分离的具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂具有同时温度响应性和磁响应性，通过同时施加温度和磁场的双重作用，可在已实现相分离的基础上加快这一进程的速率，进一步提升整个相分离过程的效率，并且仍然保有再生能耗低的优势。第三、本专利技术所制备的可相分离的具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂使用方法简便，相分离效果显著，循环再生利用率高，既能节约时间成本也能节约经济成本，为大规模工业化应用提供了可能性。第四、本专利技术使用硅烷偶联剂将磁性四氧化三铁纳米粒子表面修饰上卤代基；同时，利用胺化剂氨解温敏性三嵌段聚合物，将其丙烯酸羟乙酯链段上的羟基取代为氨基。然后，通过烷基化反应将表面修饰有卤代基的磁性四氧化三铁纳米粒子接枝在温敏性三嵌段聚合物上，这比通过正负电荷吸引作用的物理结合方法更牢固可靠。与已见报道的吸收剂相比，这一设计使得制备的吸收剂具备磁响应的功能，能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂的制备方法，其特征在于主要步骤如下：/n第一步，利用季铵盐单体、温敏性单体和丙烯酸酯类单体作为原料，通过原子转移自由基聚合法合成温敏性三嵌段聚合物；/n第二步，将温敏性三嵌段聚合物上接枝氨基酸，得到接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物；/n第三步，利用胺化剂氨解温敏性三嵌段聚合物，然后将硅烷化的磁性四氧化三铁纳米粒子接枝在氨解后的温敏性三嵌段聚合物上，得到接枝磁性粒子的温敏性三嵌段共聚物；/n第四步，将接枝磁性粒子的温敏性三嵌段共聚物与接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物按一定比例混合，并加入水配制成饱和溶液，从而得到具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂的制备方法，其特征在于主要步骤如下：
第一步，利用季铵盐单体、温敏性单体和丙烯酸酯类单体作为原料，通过原子转移自由基聚合法合成温敏性三嵌段聚合物；
第二步，将温敏性三嵌段聚合物上接枝氨基酸，得到接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物；
第三步，利用胺化剂氨解温敏性三嵌段聚合物，然后将硅烷化的磁性四氧化三铁纳米粒子接枝在氨解后的温敏性三嵌段聚合物上，得到接枝磁性粒子的温敏性三嵌段共聚物；
第四步，将接枝磁性粒子的温敏性三嵌段共聚物与接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物按一定比例混合，并加入水配制成饱和溶液，从而得到具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂。


2.根据权利要求1所述的一种具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂的制备方法，其特征在于所述温敏性单体主要为N-异丙基丙烯酰胺；所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或几种的混合物；季铵盐单体、温敏性单体和丙烯酸酯类单体之间的质量比为(1～3)：(0.5～1)：1。


3.根据权利要求1所述的一种具有温度和磁响应的功能型二氧化碳吸收剂的制备方法，其特征在于温敏性三嵌段聚合物接枝氨基酸的具体步骤如下：将温敏性三嵌段聚合物溶解于水中，经过阴离子树脂进行离子交换，然后加入氨基酸，在氮气保护下反应24～48h，透析后冻干，得到接枝氨基酸的温敏性三嵌段聚合物；其中，温敏性三嵌段聚合物与水、氨基酸之间的质量比为(1～10)：(50～50...

【专利技术属性】
技术研发人员：江兵兵，陈振威，欧阳煌，陈学琴，李草，许子强，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42