一种使用聚合物/二氧化硅负载的胺中空纤维吸附剂制备方法技术

本发明专利技术涉及二氧化碳吸附净化，具体涉及一种使用聚合物/二氧化硅负载的胺中空纤维吸附剂制备方法。该方法包括：利用静电纺丝制备聚环氧乙烷/二氧化硅复合纤维，最后对其进行煅烧处理，得到二氧化硅纳米纤维，利用聚丙烯酸接枝二氧化硅纳米纤维表面，再将胺基基团引入，得到高胺基含量的聚丙烯酸/二氧化硅的多孔、中空的纳米纤维。聚丙烯酸引入纳米二氧化硅后，可以在二氧化硅表面引入更多的官能团，从而引入更多的胺基。通过静电纺丝制备的纳米纤维又更好的比表面积，使得吸附剂的吸附效果更好。更好。更好。

【技术实现步骤摘要】
一种使用聚合物/二氧化硅负载的胺中空纤维吸附剂制备方法


[0001]本专利技术涉及二氧化碳吸附净化领域，具体是一种使用聚合物/二氧化硅负载的胺中空纤维吸附剂制备方法。

技术介绍

[0002]目前，已有各种各样的捕获材料应用到二氧化碳捕获过程中，主要包括二氧化碳吸收溶剂、二氧化碳分离膜、二氧化碳固体吸附剂等。
[0003]二氧化碳吸收剂是所有分离捕集二氧化碳材料中出现最早、技术最成熟、应用最广泛的材料。按照溶剂吸收过程的原理不同，二氧化碳吸收溶剂包括物理吸收剂和化学吸收剂。利用溶剂吸收二氧化碳的吸收过程是通过吸收溶液对混合气体中的二氧化碳进行选择性的吸收或者洗脱，最终将二氧化碳从混合气体中脱除或浓缩的过程。
[0004]用于二氧化碳的分离膜要求不仅具有好的透过率，而且二氧化碳在膜上的选择性效果要好。因为烟气中的主要成分是氮气和二氧化碳，两种气体的分子大小相差很小，所以不容易从中捕集二氧化碳。因此，膜分离过程中首要注意的问题是高渗透通量和高选择性的同时获得。
[0005]利用固体材料对混合气体中C02进行的选择性吸附，然后在不同的再生条件下将C02解吸出来，从而使固体材料得到可再生循环利用。其中的固体物质成吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。相比于其他二氧化碳捕集材料，二氧化碳固体吸附剂来源广泛，工艺过程简单，能耗低，无设备腐蚀和环境污染，压力适应范围广；常温下即可操作，省去了加热和冷却的能量耗损，而且灵活性强，操作弹性大；吸附剂可循环再生性强。因此，二氧化碳固体吸附剂得到了广泛的研究与利用。
>[0006]本专利技术抛弃传统的二氧化硅微球，将二氧化硅制成多孔、中空的二氧化硅纳米纤维，在将聚合物接枝在二氧化硅纳米纤维，再进行胺基的负载。本专利技术制备的吸附剂虽然聚合物的接枝使二氧化硅纳米纤维的孔隙率变小，但胺基的加入使得二氧化碳的吸附性能大大增加。本专利技术对高效的二氧化碳吸附剂的制备具有重要的意义。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种使用聚合物/二氧化硅负载的胺中空纤维吸附剂制备方法，制备的吸附剂具有优异的比表面积、良好的孔隙率、高的吸附容量。
[0008]本专利技术的第一个方面提供了一种中空、多孔的二氧化硅纳米纤维的制备方法，其方法包括如下步骤：
[0009]将无水乙醇，正硅酸乙酯及聚环氧乙烷加于三口瓶中，30
‑
50℃下，在恒温磁力水浴锅中搅拌，至溶液均匀透明后，向反应釜中滴加去离子水，溶液立即变浑独，即发生溶胶凝胶反应，继续搅拌，3
‑
5h后溶液呈半透明状态，取出静置，溶液分层，上层为乳白半透明溶
液，下层析出物浓度较大呈微黄色；将下层微黄色析出物即聚环氧乙烷/二氧化硅混合液装入10mL的医用注射器中，医用注射器控制流速为0.3
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0.7mm/s，进行电纺，纺丝条件为电压为8
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16kV，接收距离为15
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25cm，电纺得到聚乙烯醇/埃洛石纳米管改性复合纤维；取出纤维膜至铁盘中盛放，置于马弗炉内胆中，设定好升温程序后开始灼烧去除，升温程序为：以1.5℃/min的升温速率到200℃，保温2h，再以3.5℃/min的速率升高到600℃保温3
‑
5h，随炉冷却。
[0010]在进行静电纺丝的过程中，优选的：医用注射器控制流速为0.5mm/s，电纺时的电压为12KV，接受距离为20cm。
[0011]在进行煅烧的过程中，优选的：以3.5℃/min的速率升高到600℃保温4h。
[0012]本专利技术的第二个方面提供了一种使用聚合物/二氧化硅负载的胺中空纤维吸附剂制备方法。制备方法如下：
[0013]称取一定量的二氧化硅纳米纤维膜，用100ml的N，N
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二甲基甲酰胺溶解后倒入500ml三口烧瓶中超声分散30min，称取聚丙烯酸，用100ml的N，N
‑
二甲基甲酰胺溶解后倒入三口烧瓶与二氧化硅纳米纤维混合，将混合溶液再超声分散30min后置于油浴中，将0.1
‑
1g的4
‑
二甲氨基吡啶和1
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5g的N，N'
‑
二环己基碳二亚胺分别用10ml的N，N
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二甲基甲酰胺溶解后逐滴加入到反应体系中，在机械搅拌下反应12
‑
15h，将反应物抽滤，用无水乙醇洗涤3次，置于真空烘箱中60℃烘干，得到二氧化硅
‑
聚丙烯酸中间体；胺基改性二氧化硅
‑
聚丙烯酸中间体：称取一定量的胺，用100ml的N，N
‑
二甲基甲酰胺将其溶解于500ml三口烧瓶中，置于冰浴中，在强搅拌下将二氧化硅
‑
聚丙烯酸中间体的N，N
‑
二甲基甲酰胺溶液逐滴加入到反应体系中，滴加完毕后继续反应24小时，将反应后的产物用抽滤瓶抽滤出来，用无水乙醇洗涤遍，最后置于60℃真空烘箱中干燥后得到最终产物。
[0014]其中优选的：油浴温度控制在120
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200℃；更为优选的：油浴温度控制在120℃。
[0015]优选的：二氧化硅
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聚丙烯酸中间体的N，N
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二甲基甲酰胺溶液的滴加速度为60
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80滴/min；更为优选的：二氧化硅
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聚丙烯酸中间体的N，N
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二甲基甲酰胺溶液的滴加速度为60滴/min。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1.本专利技术制备的吸附剂为一种中空、多孔的二氧化硅纳米纤维，其相较于普通的二氧化硅吸附剂具有较大的比表面积和孔隙率。
[0018]2.本专利技术制备的吸附剂，制备流程简单，生产成本较低，有利于批量生产。
[0019]3.本专利技术制备的吸附剂吸附容量高、吸附选择性好。
[0020]4.本专利技术制备的吸附剂操作简单，吸附可循环性强，压力适应范围广。
[0021]5.本专利技术制备的吸附剂具有足够的机械强度，化学稳定性及热稳定性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术制备的实施例1的纳米纤维扫描图。
[0023]图2为本专利技术制备的实施例2的纳米纤维扫描图。
[0024]图3为本专利技术制备的实施例3的纳米纤维扫描图。
[0025]图4为本专利技术制备的对比例1(a)和实施例1(b)在40℃条件下的二氧化碳吸附曲线。
[0026]图5为本专利技术制备的实施例1和对比例1和2制得的二氧化碳吸附曲线。
[0027]图6为本专利技术制备的实施例1进行吸附循环测试制得的吸附容量图。
[0028]图7为本专利技术制备的实施例1对二氧化碳和氮气的吸附平衡曲线。
具体实施方式
[0029]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种使用聚合物/二氧化硅负载的胺中空纤维吸附剂制备方法，其特征在于：S1、纺丝液的制备：将无水乙醇，正硅酸乙酯及聚环氧乙烷加于三口瓶中，30
‑
50℃下，在恒温磁力水浴锅中搅拌，至溶液均匀透明后，向反应釜中滴加去离子水，溶液立即变浑独，即发生溶胶凝胶反应，继续搅拌，3
‑
5h后溶液呈半透明状态，取出静置，溶液分层，上层为乳白半透明溶液，下层析出物浓度较大呈微黄色；S2、聚环氧乙烷/二氧化硅纳米纤维膜的制备：采用静电纺丝的方法制备；S3、二氧化硅纳米纤维制备：取出纤维膜至铁盘中盛放，置于马弗炉内胆中，设定好升温程序后开始灼烧去除；S4、聚丙烯酸接枝纳米纤维膜表面：称取一定量的二氧化硅纳米纤维膜，用100ml的N，N
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二甲基甲酰胺溶解后倒入500ml三口烧瓶中超声分散30min，称取聚丙烯酸，用100ml的N，N
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二甲基甲酰胺溶解后倒入三口烧瓶与二氧化硅纳米纤维混合，将混合溶液再超声分散30min后置于油浴中，将0.1
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1g的4
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二甲氨基吡啶和1
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5g的N，N'
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二环己基碳二亚胺分别用10ml的N，N
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二甲基甲酰胺溶解后逐滴加入到反应体系中，在机械搅拌下反应12
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15h，将反应物抽滤，用无水乙醇洗涤3次，置于真空烘箱中60℃烘干，得到二氧化硅
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聚丙烯酸中间体；S5、胺基改性二氧化硅
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聚丙烯酸中间体：称取一定量的胺，用100ml的N，N
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二甲基甲酰胺将其溶解于500ml三口烧瓶中，置于冰浴中，在强搅拌下将二氧化硅
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聚丙烯酸中间体的N，N
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二甲基甲酰胺溶液逐滴...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志章，曾荣佳，柯明，樊燕芳，韩云，王瀚翔，韩秀梅，陈文浩，
申请(专利权)人：北京石大油源科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：