【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳吸附，具体涉及一种季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂及其制备方法。
技术介绍
1、目前，二氧化碳作为全球气候变暖的主要驱动力，主要的排放源除了集中排放源，如发电厂、钢铁厂，还包括移动分散排放源，如汽车和飞机的尾气排放。碳捕集、利用和封存技术(ccus)和直接空气捕集技术是解决该问题的重要手段，后者不仅能够捕集移动分散排放源的co2，还可以捕集在碳封存过程中泄露的co2，可作为集中排放源ccus技术的重要补充，共同实现碳减排目标。
2、二氧化碳吸附剂是直接空气捕集技术的核心。负载着碳酸根离子的纳米多孔材料可以作为直接空气捕集技术的吸附剂用于二氧化碳的吸附和解吸附。基本原理为，干燥时，材料吸附co2，当环境湿度增加时，材料解吸附co2，通过调节湿度即可实现吸附/解吸附循环。
3、如化学反应式(1)、(2)所示，随着水分子数量减少，碳酸根离子水解自由能变为负，热力学上存在自发反应的趋势，即可自水解解成碳酸氢根离子和氢氧根离子，而产生的oh-对于酸性co2有很强的吸附力。当环境湿度增加，水分子数量增多，co2又会被释放出来。
4、
5、
6、目前的变湿吸附剂主要有离子交换树脂粉末、壳聚糖气凝胶粉末、季铵化竹纤维素粉末等，但由于粉末材料不利于大规模工程应用，目前仅停留在实验室研究阶段。一些学者将离子交换树脂粉末与聚氯乙烯等材料结合，制成离子交换膜以吸附二氧化碳，但因基底材料为惰性材料，无法吸附二氧化碳，所以离子交换膜的co2吸附能力不强。同时，为了适应工程应用场景
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂及其制备方法，本专利技术制备方法能耗成本低、工艺简单、经济环保；制备的聚氨酯co2吸附剂为颗粒状，与现有的粉末状co2吸附剂相比，更便于实际工程应用。同时，该吸附剂没有惰性基底材料，拥有更高的co2吸附性能，具有良好的工程应用前景。
2、本专利技术提供了一种季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
3、a)将聚氨酯黑料(异氰酸酯)与聚氨酯白料(组合聚醚)在常温下混合后，快速搅拌，得到第一反应产物；
4、b)将步骤a)得到的第一反应产物用水冲洗后，晾干，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水在超声清洗器中分别清洗10～20min，接着置于氧化溶液中浸泡，水洗后晾干备用，取化学氧化过的聚氨酯在戊二醛溶液中浸泡24h，然后放入丙烯酸溶液中在一定温度下浸泡，进行接枝反应，完成后用乙醇清洗，得到第二反应产物；
5、c)将步骤b)得到的第二反应产物在室温下放入naoh水溶液中浸泡2～6h以增强反应性，水洗并在60～70℃干燥后，先加入异丙醇和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，再加入naoh水溶液，进行季胺化反应，得到的产物依次用hcl水溶液和水洗涤，直到洗涤液ph达中性，得到第三反应产物；
6、d)将步骤c)得到的第三反应产物过滤后，加入na2co3溶液进行若干次离子交换反应，最后经水洗、过滤和干燥，得到颗粒状的季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂。
7、制备过程的化学反应如下：
8、
9、优选的，步骤a)中所述聚氨酯黑料与聚氨酯白料的质量比为1：(1～2)。
10、优选的，步骤b)中所述氧化溶液为0.7％(质量分数)的硝酸与17％(质量分数)的硫酸按1：1～3(质量比)配制的混合溶液；所述浸泡时间为6～8h。
11、优选的，步骤b)中所述丙烯酸摩尔浓度为1.0～3.5mol/l；所述接枝反应的时间为1.0～2.5h；所述接枝反应的温度为15～45℃。
12、优选的，步骤c)中所述naoh水溶液质量分数为20～40％。
13、优选的，步骤c)中所述异丙醇的用量为每1g第二反应产物用20～40ml的异丙醇浸没；所述3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵质量分数为60％，用量为每1g第二反应产物用3～5ml的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵浸没；所述naoh水溶液与3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵溶液的体积比为(3～5)：5。
14、优选的，步骤c)中所述季胺化反应温度为25～40℃，反应时间为3～5h。
15、优选的，步骤c)中步骤c)中hcl水溶液的摩尔浓度为0.1mol/l。
16、优选的，步骤d)中所述若干次离子键换反应的过程具体为：
17、将步骤c)得到的第三反应产物，加入0.4～0.6mol/l的na2co3溶液搅拌2～6h，然后过滤、水洗、再过滤，完成一次离子交换；重复上述离子交换3～5次。
18、本专利技术还提供了一种季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成，为颗粒状，包括聚氨酯多孔载体，以及负载于其中的功能性离子。
19、本专利技术还提供了一种直接空气捕集二氧化碳的方法，采用上述技术方案所述的季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂用于二氧化碳的吸附和解吸附，季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂对co2的吸附量为1.40～1.80mmol/g。
20、与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法以聚氨酯为原材料，在特定的工艺步骤、条件参数下，实现较好的相互作用，从而制备得到季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂；该季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂扩大了聚氨酯的应用范围，且为二氧化碳湿法再生捕集材料的选择提供了更多可能，同时具备较高的二氧化碳吸附性能。实验结果表明，本专利技术提供的季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂对co2的吸附量为1.40～1.80mmol/g。
21、同时，本专利技术选择的原材料和提供的制备方法均具有能耗成本低、工艺简单、经济环保等优点，因此在co2直接空气捕集
中有着良好的应用前景。
【技术保护点】
1.一种季铵基修饰聚氨酯CO2吸附剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述聚氨酯黑料与聚氨酯白料的质量比为1：(1～2)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述氧化溶液为质量浓度0.7％的硝酸与质量浓度17％的硫酸按1：1～3质量比配制的混合溶液；所述置于氧化溶液中浸泡时间为6～8h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述丙烯酸摩尔浓度为1.0～3.5mol/L；所述接枝反应的时间为1.0～2.5h；所述接枝反应的温度为15～45℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述NaOH水溶液质量分数为20～40％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述异丙醇的用量为每1g第二反应产物用20～40mL的异丙醇浸没；所述3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵水溶液质量分数为60％，用量为每1g第二反应产物用3～5mL的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵水溶液浸没；所述NaOH水溶液与
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述季胺化反应温度为25～40℃，反应时间为3～5h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中HCl水溶液的摩尔浓度为0.1mol/L。
9.一种季铵基修饰聚氨酯CO2吸附剂，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的制备方法制备而成，为颗粒状，包括聚氨酯多孔载体，以及负载于其中的功能性离子。
10.采用权利要求9所述的季铵基修饰聚氨酯CO2吸附剂用于二氧化碳的吸附和解吸附，季铵基修饰聚氨酯CO2吸附剂对CO2的吸附量为1.40～1.80mmol/g。
...【技术特征摘要】
1.一种季铵基修饰聚氨酯co2吸附剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述聚氨酯黑料与聚氨酯白料的质量比为1：(1～2)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述氧化溶液为质量浓度0.7％的硝酸与质量浓度17％的硫酸按1：1～3质量比配制的混合溶液；所述置于氧化溶液中浸泡时间为6～8h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述丙烯酸摩尔浓度为1.0～3.5mol/l；所述接枝反应的时间为1.0～2.5h；所述接枝反应的温度为15～45℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述naoh水溶液质量分数为20～40％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述异丙醇的用量为每1g第二反应产物用20～40ml的...
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