一种用于直接捕集空气中二氧化碳的固态胺中空纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于直接捕集空气中CO2的固态胺中空纤维膜及其制备方法，属于吸附分离领域。所述的固态胺中空纤维结合了固态胺CO2吸附剂、膜吸附、膜分离等技术优势，可直接捕集空气中CO2。具体制备方法是：将聚合物通过改进的相转化法纺丝成中空纤维膜，然后经水解改性、接枝活性胺基得到固态胺中空纤维膜。本发明专利技术通过在比较温和的条件下水解改性中空纤维膜产生羧酸基团，然后，利用羧酸与胺基的化学反应使活性胺基接枝到中空纤维膜孔道中得到固态胺中空纤维膜。该方法简便，具有很好的实用性，特别适用于作为直接捕集空气中的CO2的吸附剂的放大生产。的吸附剂的放大生产。

【技术实现步骤摘要】
一种用于直接捕集空气中二氧化碳的固态胺中空纤维膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于CO2吸附
，具体涉及一种用于直接捕集空气中CO2的固态胺中空纤维膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业化的发展和人类活动对环境的影响，全球CO2排放量逐年增加。直接空气捕集CO2(DAC)是一种从空气中去除CO2的技术，该技术可有效降低大气中CO2浓度。目前，研究开发先进且高效的直接空气捕集CO2捕集技术，是解决当前碳排放问题的强有力手段，对于CO2减排具有重要意义，具有广阔的工业应用前景。
[0003]固态胺吸附法作为一种新兴的CO2捕集技术，其是将乙醇胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺等有机胺引入到硅胶、金属骨架、分子筛、树脂等多孔基体内制成的CO2吸附剂，通过胺基与CO2间的弱酸碱作用达到选择性吸附CO2的目的，其可在环境温度下吸附CO2，加热升温后即可脱附再生，而且不受环境中水汽的影响，具有效率高、操作简单、吸附容量大、成本低、稳定性好、再生能耗低等优点。
[0004]通常，制备固态胺吸附剂比较简便的方法是将有机胺通过溶液浸渍物理负载在多孔载体上。如CN114832796A中涉及的一种剂由聚乙烯亚胺和D1400型大孔树脂制成的固态胺吸附剂，通过浸渍法负载胺来解决现有固态胺吸附剂吸附CO2能力不足的问题；CN113209951A中涉及一种基于胺功能化硅溶胶的CO2吸附剂制备方法，采用浸涂的方式使有机胺粘附在蜂窝状陶瓷的表面用于直接空气捕集CO2。这种方法制备的固态胺虽然CO2吸附量大，但再生稳定性差，而通过化学反应将胺基接枝到基体表面得到的固态胺CO2吸附剂热稳定性好，能避免在运行和脱附过程中胺的流失。
[0005]我们在CN112337448A中公开了一种用于去除低浓度CO2的固态胺中空纤维膜：利用有机胺与聚合物直接反应，制备固态胺中空纤维膜。为了降低成本、提高CO2吸附量、同时提高其稳定性，本专利技术公开一种新的固态胺中空纤维膜及其制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对空气中的日益增长的CO2浓度，公开了一种用于直接捕集空气中CO2的固态胺中空纤维膜及其制备方法。采用的技术方案是：结合固态胺吸附剂和中空纤维膜的优势，利用固态胺中空纤维膜直接捕集空气中的CO2。具体方法是：配置聚合物铸膜液，采用改进相转化法纺丝中空纤维膜；将中空纤维膜上的腈基水解成羧酸，通过羧酸与胺基的化学反应将活性胺基接枝到中空纤维孔道中；将含CO2的空气从固态胺中空纤维膜的一端通入，从另一端流出，其中空气中的CO2与孔道中的活性胺基发生化学反应，从而实现去除空气中CO2的目的。
[0007]本专利技术中所述固态胺中空纤维膜的具体制备方法是：
[0008](1)配制铸膜液，采用改进相转化法制备多孔中空纤维膜；
[0009](2)将中空纤维膜在一定温度下水解改性(40
‑
100℃)，经洗涤干燥得到水解后的中空纤维膜，所述的水解的酸溶液为1
‑
10mol/L的盐酸或1
‑
5mol/L硫酸；碱溶液为1
‑
3mol/L的氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂，其中碱水解后酸化溶液为1
‑
3mol/L的盐酸溶液；配置有机胺溶液(质量百分浓度为30％
‑
80％)所用的溶剂为蒸馏水或乙醇；
[0010](3)通过在一定温度(40
‑
100℃)下的化学接枝反应将有机胺接枝到水解后的中空纤维膜管壁内，经晾干后即得到固态胺中空纤维膜，所述有机胺为聚乙烯亚胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或几种；所用的溶剂为乙醇或蒸馏水；
[0011](4)通过活性胺基与交联剂(交联剂为1，2
‑
环氧丁烷、环氧氯丙烷、1，5
‑
二环氧己烷、1，2，7，8
‑
二环氧辛烷)反应，提高固态胺中空纤维CO2吸附剂的稳定性；
[0012](5)将交联后的固态胺中空纤维膜组装成膜组件，将室外空气通入中空纤维膜组件一端，并使其从中空纤维膜组件另一端流出，在此期过程中CO2被膜孔道内的活性胺基吸附，达到脱除CO2的目的。
[0013]本专利技术具有如下优点：
[0014](1)以中空纤维膜作为吸附剂载体制备的固态胺中空纤维膜，具有大的CO2的吸附容量和较高的气体处理效率。
[0015](2)通过水解生成羧酸基团，利用羧酸与胺类化合物发生反应，将活性胺基接枝到中空纤维膜内，相比较于直接利用聚合物上的基团与胺类化合物反应，具有反应时间短、能耗低、污染小、成本低等优点。
[0016](3)交联剂的加入可以提高固态胺中空纤维膜CO2吸附剂的循环稳定性。
具体实施方式
[0017]下面通过实施例对本专利技术做进一步描述，但本专利技术的实施方式不限于此，不能理解为对本专利技术保护范围的限制。
[0018]实例1：15.0g聚丙烯腈溶于80.0g N，N
‑
二甲基乙酰胺中，然后加入5.0g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀后得到纺丝液，最后采用蒸汽
‑
浸入诱导相转化法制备中空纤维。用1mol/L的盐酸对制得的中空纤维膜进行水解改性，40℃加热条件下发生反应6h后，经洗涤、干燥后，得到水解后的中空纤维膜；配制浓度为30％的聚乙烯亚胺的水溶液，将有机胺在40℃加热条件下接枝到水解后的中空纤维膜上，冷却后经洗涤、干燥后得到固态胺中空纤维膜；将CO2浓度约为420ppm的空气通入中空纤维膜膜组件一端，得到固态胺中空纤维膜对CO2的吸附容量为1.99mmol/g。
[0019]实例2：10.0g聚丙烯腈、5.0g聚酰亚胺溶于80.0g N，N
‑
二甲基乙酰胺中，然后加入5.0g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀后得到纺丝液，最后采用蒸汽
‑
浸入诱导相转化法制备中空纤维。用2mol/L的盐酸对制得的中空纤维膜进行水解改性，50℃加热条件下发生反应5h后，经洗涤、干燥后，用1mol/L稀盐酸酸化，得到水解后的中空纤维膜；配制浓度为30％的聚乙烯亚胺的水溶液，将有机胺在50℃加热条件下接枝到水解后的中空纤维膜上，冷却后经洗涤、干燥后得到固态胺中空纤维膜；将CO2浓度约为420ppm的空气通入中空纤维膜膜组件一端，得到固态胺中空纤维膜对CO2的吸附容量为1.98mmol/g。
[0020]实例3：10.0g聚丙烯腈、5.0g聚醚酰亚胺溶于80.0g N，N
‑
二甲基乙酰胺中，然后加入5.0g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀后得到纺丝液，最后采用蒸汽
‑
浸入诱导相转化法制备中
空纤维。用3mol/L的盐酸对制得的中空纤维膜进行水解改性，60℃加热条件下发生反应4h后，经洗涤、干燥后，得到水解后的中空纤维膜；配制浓度为30％的聚乙烯亚胺的水溶液，将有机胺在60℃加热条件下接枝到水解后的中空纤维膜上，冷却后经洗涤、干燥后得到固态胺中空纤维膜；将CO2浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于直接捕集空气中CO2的固态胺中空纤维膜制备方法，其特征包括如下制备步骤：步骤1：配置铸膜液，采用改进相转化法制备中空纤维膜。步骤2：对中空纤维膜进行水解改性得到含有大量羧酸基团的中空纤维膜。步骤3：采用化学接枝反应在中空纤维膜上负载大量活性胺基，得到固态胺中空纤维膜。步骤4：利用交联剂提升固态胺吸附剂的稳定性。2.一种用于直接捕集空气中CO2的固态胺中空纤维膜，其特征在于，中空纤维膜内通过化学接枝的活性胺可以直接捕集空气中的低浓度CO2。3.根据权利要求1步骤1所述的铸膜液，其特征在于，所用的聚合物为聚酰胺、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜中的一种或两种；所用溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N，N
‑
二甲基甲酰胺中的一种或几种。4.根据权利要求1步骤2所述的水解条件，其特征在于，水解温度在40
‑
100℃之间；酸水解采用1
‑
10mol/L的盐酸、1
‑
5mol/的硫酸；碱水解采用1
‑
3mol/L的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建新，谭小耀，郭莎莎，
申请(专利权)人：沧州市天津工业大学研究院，
类型：发明
国别省市：