【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产表面官能化纤维的方法，特别地用于直接空气捕获，涉及基于这样的纤维的结构，以及涉及这样的纤维或基于这样的纤维的结构用于二氧化碳捕获，特别地用于直接空气捕获的用途。
技术介绍
1、巴黎协定关于气候变化的威胁以及对将全球温度上升保持在远低于工业化前水平2摄氏度以上的全球响应的必要性达成了共识。为了实现该目标，已经提出了从种植新的森林到技术手段的多种可能性。植树造林在公众舆论方面具有广泛的共鸣，但这样的项目的范围和可行性是有争议的，并且可能不是如所认为的那样简单的方法。
2、在技术方法中，最先进的技术包括从点源封存co2，例如废气捕获，以及从空气直接捕获co2(被称为直接空气捕获(direct air capture，dac))。这两种技术策略都具有减缓气候变化的潜力。
3、从大气捕获co2相对于废气捕获的具体优点包括：dac(i)可以解决分散来源(例如汽车、飞机)的排放；(ii)不需要附接至排放源，而是可以处于独立于排放源的位置；(iii)可以解决来自过去的排放，因此如果结合安全且永久的方法来储存co2(例如通过地下矿化)，则能够实现负排放。dac也用作为可再生材料或燃料的合成提供关键反应物的数种手段之一，如例如wo-a-2016/161998中描述的。
4、就合适的捕获材料而言，文献中已经描述了数种dac技术，例如，如例如us-a-2010034724中描述的利用水中的碱土氧化物来形成碳酸钙。不同的方法包括利用固体co2吸附剂，在下文中称为吸附剂，其特征在于使用填充床，并且其
5、wo-a-2011/049759描述了利用包含氨基烷基化珠聚合物的离子交换材料以从工业应用中除去二氧化碳。
6、wo-a-2016/037668描述了用于从气体混合物中可逆地吸附co2的吸附剂，其中吸附剂由具有伯氨基官能度并且具有25m2/g至75m2/g的高比表面积(用brunauer-emmet-teller方法计算)和特定的平均孔径的聚合物吸附剂构成。材料在捕获之后通过施加压力或湿度波动进行再生。
7、wo-a-2016/038339描述了用于使用具有固定在固体载体上的伯胺单元的聚合物吸附剂来除去二氧化碳的方法。然后通过在使空气流过吸附剂的同时在55℃至75℃的温度范围内加热吸附剂来进行吸附剂的再生。
8、us-a-2012076711公开了包含具有胺基的吸附剂的结构，其能够进行可逆的吸附和解吸循环以从气体混合物中捕获co2，其中所述结构由纤维长丝构成，其中纤维材料为碳、聚丙烯腈、人造丝、木质素、纤维素、莱赛尔、聚乳酸、聚乙烯醇、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯酸、聚乙烯胺或其混合物。
9、us-a-2018043303公开了多孔吸附剂结构，其能够进行可逆的吸附和解吸循环以从气体混合物中捕获co2，并且所述多孔吸附剂结构包括由经表面改性的纤维素纳米纤维的网形成的载体基体。载体基体的孔隙率为至少20％。经表面改性的纤维素纳米纤维由直径为约4nm至约1000nm且长度为100nm至1mm的纤维素纳米纤维组成，所述纤维素纳米纤维被与其表面共价结合的偶联剂覆盖。偶联剂包含至少一种单烷基二烷氧基氨基硅烷。
10、us-a-2017203249公开了用于通过使用包括具有吸附剂材料的吸附器结构的设备的循环吸附/解吸从混合物中分离气态二氧化碳的方法，其中所述方法包括以下步骤：(a)在环境条件下使所述混合物与吸附剂材料接触，以使所述气态二氧化碳被吸附；(b)将所述设备抽真空至20毫巴abs至400毫巴abs的范围内的压力，并用内部热交换器将所述吸附剂材料加热至80℃至130℃的范围内的温度；以及(c)将所述设备再加压至环境大气压力条件，并主动将吸附剂材料冷却至大于或等于环境温度的温度；其中在步骤(b)中，向所述设备中注入蒸汽以流过并使其在饱和蒸汽条件下与吸附剂材料接触，以及其中注入的蒸汽与释放的气态二氧化碳的摩尔比小于20:1。
11、zhang等(“balsam-pear-skin-like porous polyacrylonitrile nanofibrousmembranes grafted with polyethyleneimine for postcombustion co2 capture”,acsappl.mater.interfaces 2017,9,41087-41098,doi:10.1021/acsami.7b14635)报道了用于燃烧后二氧化碳(co2)捕获的含胺粉末吸附剂的现有研究，因为它们能够从废气中化学吸附co2，并且提出了用于通过静电纺丝、成孔过程、水解反应、和随后的接枝技术的组合容易地制造柔性、坚固且聚乙烯亚胺接枝(pei接枝)的水解的多孔pan纳米纤维膜(hppan-peinfm)的新方法。他们发现，由于通过水提取从pan/pvp纤维中选择性地除去聚(乙烯吡咯烷酮)(pvp)，所有所得的多孔pan(porous pan，ppan)纤维都表现出苦瓜皮样的多孔结构。显著地，hppan-pei nfm在接枝之后保留了它们的介孔隙，以及表现出良好的热稳定性和突出的拉伸强度(11.1mpa)，保证了它们在从废气中捕获co2中的应用。当在40℃下暴露于co2时，hppan-pei nfm显示出1.23mmol g-1(基于样品的总量)或6.15mmol g-1(基于接枝pei的量)的提高的co2吸附容量。此外，开发的hppan-pei nfm表现出co2相对于n2的显著地选择性捕获和可循环性。在20次吸附-解吸循环测试之后，co2容量保持初始值的92％，表明所得hppan-pei nfm具有不足的长期稳定性。
12、olivieri等("evaluation of electrospun nanofibrous mats as materialsfor co2 capture:afeasibility study on functionalized poly(acrylonitrile)(pan)",journal of membrane science 546(2018)128-138,http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2017.10.019)制造了新型的用于co2捕获过程的纳米结构材料，其基于聚(丙烯腈)(pan)，一种几乎不渗透co2但易于官能化且可纺丝的聚合物。该制备涉及pan粉末的胺官能化、粉末的静电纺丝以形成具有大表面积的纳米纤维垫，以及对所述垫进行压制以获得用于促进湿co2的输送的致密的膜。官能化步骤用不同的途径进行：用六亚甲基二胺或乙二胺胺化，和碱性水解。可以改变反应类型和条件来调节聚合物中的最终胺含量，但高官能化程度引起交联，这使得粉末不溶。在制备的不同阶段测本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于生产胺官能化聚丙烯腈纤维的方法，优选用于直接空气捕获，其中将原始聚丙烯腈纤维与四亚乙基五胺(TEPA)和五亚乙基六胺(PEHA)中的至少一者的溶液组合，四亚乙基五胺(TEPA)、五亚乙基六胺(PEHA)、或其组合的浓度为至少80体积/体积％，以及其中然后将混合物在120℃至160℃的范围内的温度下保持，优选搅拌，至少4小时的时间跨度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述四亚乙基五胺(TEPA)的溶液的浓度为至少85体积/体积％，优选在85体积/体积％至98体积/体积％，优选85体积/体积％至95体积/体积％或85体积/体积％至90体积/体积％的范围内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述四亚乙基五胺(TEPA)的溶液在水或醇有机溶剂中，或其混合物中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述四亚乙基五胺(TEPA)的溶液为纯水溶液。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述混合物在125℃至160℃的范围内，优选在130℃至150℃或130℃至140℃的范围内的温度下保持，优选搅拌，以
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述原始聚丙烯腈纤维为原纤化纤维。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述原始聚丙烯腈纤维，优选呈原纤化纤维的形式，具有至少10m2/g，优选至少20m2/g，并且最优选在20m2/m至60m2/m的范围内，或在25m2/g至45m2/g的范围内的比表面积。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述原始聚丙烯腈纤维，优选呈原纤化纤维的形式，具有在18°SR至70°SR的范围内，优选在20°SR至60°SR的范围内的肖伯尔-瑞格勒值。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中随后或之前，所述纤维被加工以形成粘合结构，优选自支撑结构，所述粘合结构优选呈纱、织造、非织造、针织或纸状结构或其组合的形式；或者被填充到透气容器，优选适合并适应于直接空气捕获过程的透气容器中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中随后或之前，将所述纤维在干法或湿法成网过程中，优选在包括另外的粘结元件、溶解或悬浮的粘结剂和/或粘结剂颗粒的湿法成网过程中加工以形成非织造结构，其中所述粘结元件能够采用不同于聚丙烯腈纤维的纤维形式，所述湿法成网过程优选涉及由悬浮的纤维形成网状物并脱水，优选随后施加热、辐射和压力中的至少一者用于使所述粘结元件活化和/或压延。
11.一种纤维或纱、织造、非织造、针织或纸状粘合结构，优选自支撑结构，所述粘合结构包含根据前述权利要求1至10中任一项所述的方法生产的胺官能化聚丙烯腈纤维或者由根据前述权利要求1至10中任一项所述的方法生产的胺官能化聚丙烯腈纤维组成，其中所述胺官能化聚丙烯腈纤维由将原始聚丙烯腈纤维通过与四亚乙基五胺(TEPA)和五亚乙基六胺(PEHA)中的至少一者的溶液组合，以及将混合物在120℃至160℃的范围内的温度下保持，优选搅拌，至少4小时的时间跨度来获得，四亚乙基五胺(TEPA)、五亚乙基六胺(PEHA)或其组合的浓度为至少80体积/体积％。
12.一种非织造、粘合、自支撑结构，包含根据权利要求11所述的纤维或纱。
13.一种透气容器，包含根据权利要求11或12所述的纤维或纱和/或织造物、非织造、针织或纸状粘合结构。
14.一种使用根据权利要求11至13中任一项所述的基于纤维的结构用于从气体混合物中，优选从环境大气空气、废气和生物气的至少一者中分离气态二氧化碳的方法，优选直接空气捕获，所述方法特别地利用温度波动过程、真空波动过程、或温度/真空波动过程，所述方法优选地利用其中通过流过物注入部分或完全饱和或过热的蒸汽的流用于引起吸附剂材料的温度升高至60℃至110℃的温度，开始CO2的解吸的过程，其中进一步优选地在吸附步骤中，所述方法在这样的条件下进行：至少在一天、一个月和/或超过一年的5％或10％或50％的循环期间，通过所述吸附剂材料的所述气体混合物或所述环境大气空气的相对湿度在5％RH至100％RH、10％RH至98％RH或20％RH至95％RH的范围内，优选在30％至95％的范围内变化。
15.根据权利要求14所述的方法，用于通过在单元中使用吸附气态二氧化碳的吸附剂材料的循环吸附/解吸从包含所述气态二氧化碳以及不同于气态二氧化碳的另外的气体的气体混合物中，优选从环境大气空气、废气和生物气的至少一者中分离所述气态二氧化碳，
16.一种...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于生产胺官能化聚丙烯腈纤维的方法，优选用于直接空气捕获，其中将原始聚丙烯腈纤维与四亚乙基五胺(tepa)和五亚乙基六胺(peha)中的至少一者的溶液组合，四亚乙基五胺(tepa)、五亚乙基六胺(peha)、或其组合的浓度为至少80体积/体积％，以及其中然后将混合物在120℃至160℃的范围内的温度下保持，优选搅拌，至少4小时的时间跨度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述四亚乙基五胺(tepa)的溶液的浓度为至少85体积/体积％，优选在85体积/体积％至98体积/体积％，优选85体积/体积％至95体积/体积％或85体积/体积％至90体积/体积％的范围内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述四亚乙基五胺(tepa)的溶液在水或醇有机溶剂中，或其混合物中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述四亚乙基五胺(tepa)的溶液为纯水溶液。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述混合物在125℃至160℃的范围内，优选在130℃至150℃或130℃至140℃的范围内的温度下保持，优选搅拌，以及其中优选将所述混合物保持，优选搅拌，4小时至8小时的范围内，优选5小时至7小时的范围内的时间跨度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述原始聚丙烯腈纤维为原纤化纤维。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述原始聚丙烯腈纤维，优选呈原纤化纤维的形式，具有至少10m2/g，优选至少20m2/g，并且最优选在20m2/m至60m2/m的范围内，或在25m2/g至45m2/g的范围内的比表面积。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述原始聚丙烯腈纤维，优选呈原纤化纤维的形式，具有在18°sr至70°sr的范围内，优选在20°sr至60°sr的范围内的肖伯尔-瑞格勒值。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中随后或之前，所述纤维被加工以形成粘合结构，优选自支撑结构，所述粘合结构优选呈纱、织造、非织造、针织或纸状结构或其组合的形式；或者被填充到透气容器，优选适合并适应于直接空气捕获过程的透气容器中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中随后或之前，将所述纤维在干法或湿法成网过程中，优选在包括另外的粘结元件、溶解或悬浮的粘结剂和/或粘结剂颗粒的湿法成网过程中加工以形成非织造结构，其中所述粘...
【专利技术属性】
技术研发人员：费利克斯·特劳特纳，米丽娅姆·冯霍尔斯特，尼古拉斯·雷蓬，托比亚斯·尼贝尔，
申请(专利权)人：克莱姆沃克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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