CN104624157A - 一种高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶，以掺杂异质金属的炭干凝胶为载体，通过引入表面活性剂负载高浓度有机胺，所述有机胺与掺杂异质金属的炭干凝胶的质量比为0.2～3:1；所述的掺杂异质金属的炭干凝胶中异质金属的摩尔分数为1～7％。本发明以异质金属掺杂炭干凝胶为载体，通过异质金属的掺杂实现在载体表面高浓度的高氨基嫁接，可用于密闭空间低浓度二氧化碳的高效吸附。本发明还公开了所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的制备方法及其作为二氧化碳吸附剂的应用，尤其是用于密闭空间低浓度CO2的吸附。

Description

一种高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及气体吸附材料的制备领域，尤其涉及一种高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
密闭空间内CO2浓度达到一定限值后，会对人员的健康造成威胁甚至是死亡，因此必须对其进行及时清除。对于航天飞行、潜艇等长期作业、远离基底、补给困难的情况，需要对密闭空间中的CO2进行捕集甚至回收再利用。由于密闭空间CO2含量较低，吸附难度较大，因此尽管有多项CO2去除技术成功用于环境控制和生命保障系统中，但仍存在各方面的问题，且相关研究报道并不多。
密闭空间CO2去除技术首先要求装置高效、稳定、安全，其次是体积小、重量轻、能耗低、寿命长，以及操作和维护简单。已提出的适合密闭空间使用的CO2去除技术主要有金属化合物吸收法、胺吸收法、吸附分离法、膜分离法、生物法和其他方法等。吸附分离法具有能耗低(远低于吸收法)、适应性强、工艺相对简单、使用周期长和无腐蚀等优点，是目前去除密闭空间CO2的最佳技术方案之一。为了提高吸附剂的吸附能力和选择性，通常采用有机胺作为表面改性剂，即制成负载化有机胺吸附剂，这已成为被广泛研究的CO2吸附剂。
目前广泛研究的吸附材料存在如下缺点：(1)大多数研究开发的CO2吸附剂只针对高浓度CO2，但对于密闭空间低浓度CO2吸附，存在推动力小、吸附效率低等问题，相关吸附剂及吸附行为的研究报道相对较少；(2)沸石分子筛是最常见的CO2吸附剂，但脱附温度高、再生时间长且能耗大，尤其是在密闭空间存在水汽条件下，沸石吸湿后会导致其孔道坍塌，造成吸附性能失效，另外其质量相对较重；(3)浸渍法可获得较高的表面氨基浓度，但有机胺分布不均匀或团聚，甚至堵塞载体部分孔道，导致氨基利用率不够高，并且与吸附载体的结合力不强，导致热稳定性较差，嫁接法是通过化学反应将有机胺进行接枝，较强的化学键力使其热稳定性较高，但由于载体表面含氧官能团量有限，使得有机胺负载量偏小，CO2吸附量较低。
炭凝胶是近二十年发展起来的一种新型多孔性材料，具有质轻、孔隙率高、比表面积大、导电性好以及解吸附能力强等优点，是一种良好的吸附材料，被广泛应用于电化学、催化、环境保护等各领域，但少见对CO2吸附分离的研究报道。炭凝胶吸附分离CO2主要依靠吸附材料的表面结构和内部网状孔道浸渍或与有机胺反应来吸附CO2。氨基改性可提高CO2的选择性，但氨基嫁接量偏小，同时与吸附载体的结合力不高，造成氨基分散不均、热稳定性差、有效成分易氧化分解。
发明内容
本发明公开了一种高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶，通过异质金属掺杂，调控其表面活性位点，使其只与有机胺链端的伯胺进行高效嫁接反应，同时为进一步提高胺的有效利用率，通过引入表面活性剂将有机胺分散为相互贯穿的聚合物网络，提高其孔隙率，从而有利于CO2扩散至有机胺内部，可用于低浓度二氧化碳的高效吸附。
一种高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶，以掺杂异质金属的炭干凝胶为载体，负载有机胺，所述有机胺与掺杂异质金属的炭干凝胶的质量比为0.2～3:1；
所述的掺杂异质金属的炭干凝胶中异质金属的摩尔分数为1～7％。
本发明中所述的异质金属选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB族金属元素中的至少一种。例如锆、铈、铬等。
所述的有机胺为氮含量较高且较容易分散的四乙烯五胺、聚乙烯亚胺、三乙烯四胺、乙二胺、二乙烯三胺、乙醇胺、二乙醇胺中的至少一种。
作为优选，所述的有机胺与掺杂异质金属的炭干凝胶的质量比为0.4～3:1；所述的掺杂异质金属的炭干凝胶中异质金属的摩尔分数为3～5％；进一步优选，所述的有机胺为四乙烯五胺或三乙烯四胺；所述的掺杂异质金属的炭干凝胶中的异质金属为锆或铈。
本发明公开了所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的制备方法，包括：
1)将间苯二酚和有机酸的异质金属盐溶液混合，搅拌均匀后加入甲醛溶液，经老化后得到有机湿凝胶；
有机酸的异质金属盐与间苯二酚的摩尔比为1:5～100；
2)将步骤1)得到的有机湿凝胶置于丙酮溶剂中，萃取至丙酮溶剂仍无色透明，再经干燥、炭化后研磨得到异质金属掺杂炭干凝胶；
3)配置有机胺/乙醇/表面活性剂溶液，密闭搅拌均匀后，再加入步骤2)得到的异质金属掺杂炭干凝胶，加热蒸发至乙醇挥发完全，经烘干后得到所述的氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶；
所述有机胺与异质金属掺杂炭干凝胶的质量比为0.2～3:1。
通过异质金属原子的掺杂可以更好地控制炭凝胶的孔隙率，并调控炭凝胶的表面形态和化学性质，从而提高氨基的负载量和稳定性，进一步提高对CO2的吸附量。
作为优选，步骤1)中，有机酸的异质金属盐为乙酸、草酸、柠檬酸中至少一种有机酸的异质金属盐；
所述甲醛溶液的质量分数为37～40％；
所述的间苯二酚与甲醛的摩尔比为1～4:1。
作为优选，步骤2)中，所述干燥的温度为50～90℃，炭化的温度为800～1000℃。
作为优选，步骤3)中，所述有机胺/乙醇/表面活性剂溶液中有机胺的质量分数为0.4～1.6％，所述的表面活性剂与有机胺的质量比0.02～0.5:1；
所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基溴化铵，十八烷基三甲基溴化铵，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，卵磷脂，脱水山梨醇单油酸酯中至少一种。
作为优选，步骤3)中，所述加热蒸发的温度为80～90℃；烘干的温度为100～110℃，时间为1～3h。
本发明公开了所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶作为二氧化碳吸附剂的应用，尤其是针对密闭空间低浓度CO2的吸附，所述的二氧化碳的体积百分浓度为0.4～2％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过异质金属的掺杂，对炭凝胶孔道结构和表面化学性质进行功能化设计和优化，使材料的比表面积、孔容都有所提高，与氨基的结合能力变强，并浸渍有机胺对其进行氨基化改性，提高了改性氨基的负载量和分散度，从而达到提高低浓度二氧化碳吸附量的效果，为合成具有良好吸附效果的低浓度二氧化碳吸附剂提供了新思路，一种质量轻、耐水汽、导热好、吸附效率高、稳定性好、脱附温度低的低浓度CO2吸附剂。
附图说明
图1为实施例6中异质金属掺杂前后及浸渍TEPA前后炭干凝胶的扫描电镜图及实施例7中浸渍TEPA后炭干凝胶的扫描电镜图；
a:CX，b:CX-5％Zr，c:CX-5％Zr-60％TEPA，d:CX-5％Zr-80％TEPA。
具体实施方式
以下的实施例将对本发明进行更为全面的描述。
实施例1
将33g间苯二酚固体与1.8g乙酸锆溶液(其中Zr含量为15.0～16.0％)混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入122ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒，即为异质金属掺杂炭干凝胶(CX)。
将50g无水乙醇和十六烷基三甲基溴化铵30mg倒入烧杯中，加入0.2g四乙烯五胺(TEPA)，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属掺杂炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-1％Zr-20％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(0.4vol％)的吸附量为8.0mg/g。
实施例2
将33g间苯二酚固体与1.8g乙酸锆溶液(其中Zr含量为15.0～16.0％)混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入122ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒，即为异质金属掺杂炭干凝胶。
将50g无水乙醇和十二烷基三甲基溴化铵0.3g倒入250ml烧杯中，加入0.8g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属掺杂炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。
将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-1％Zr-80％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(0.4vol％)的吸附量为27.6mg/g。
实施例3
将33g间苯二酚固体与5.2g乙酸锆溶液(其中Zr含量为15.0～16.0％)混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入122ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒，即为异质金属掺杂炭干凝胶。
将50g无水乙醇和十八烷基三甲基溴化铵0.15g倒入烧杯中，加入0.4g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-3％Zr-40％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(0.4vol％)的吸附量为57.4mg/g。
实施例4
将33g间苯二酚固体与5.2g乙酸锆溶液(其中Zr含量为15.0～16.0％)混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入122ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒，即为异质金属掺杂炭干凝胶。
将50g无水乙醇和十二烷基苯磺酸钠0.2g倒入烧杯中，加入0.6g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-3％Zr-60％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(0.4vol％)的吸附量为60.0mg/g。
实施例5
将33g间苯二酚固体与8.7g乙酸锆溶液(其中Zr含量为15.0～16.0％)混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入122ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒。
将50g无水乙醇和十二烷基硫酸钠40mg倒入烧杯中，加入0.2g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属掺杂炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-5％Zr-20％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(0.4vol％)的吸附量为16.1mg/g。
实施例6
将33g间苯二酚固体与8.7g乙酸锆溶液(其中Zr含量为15.0～16.0％)混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入122ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒。
将50g无水乙醇和卵磷脂0.1g倒入烧杯中，加入0.6g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属掺杂炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。
将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-5％Zr-60％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(2.0vol％)的吸附量为80.2mg/g。
实施例7
将33g间苯二酚固体与8.7g乙酸锆溶液(其中Zr含量为15.0～16.0％)混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入122ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒。
将50g无水乙醇和脱水山梨醇单油酸酯0.15g倒入烧杯中，加入0.8g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属掺杂炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。
将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-5％Zr-80％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(0.4vol％)的吸附量为95.4mg/g。
实施例8
将33g间苯二酚固体与12.6g乙酸锆溶液(其中Zr含量为15.0～16.0％)混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入122ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒。
将50g无水乙醇和十二烷基苯磺酸钠60mg倒入烧杯中，加入0.4g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-7％Zr-40％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(1vol％)的吸附量为39.5mg/g。
实施例9
将11g间苯二酚固体与4g乙酸铈混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入41ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒。
将50g无水乙醇和十二烷基三甲基溴化铵0.3g倒入烧杯中，加入1.5g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属掺杂炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。
将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在85℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-4％Ce-150％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(0.6vol％)的吸附量为25.6mg/g。
实施例10
将33g间苯二酚固体与8.7g乙酸锆溶液(其中Zr含量为15.0～16.0％)混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入122ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒。
将50g无水乙醇和脱水山梨醇单油酸酯0.15g倒入烧杯中，加入3.0g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属掺杂炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。
将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-5％Zr-300％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(0.6vol％)的吸附量为152.3mg/g。
实施例11
将11g间苯二酚固体与2.1g乙酸铬溶液混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入41ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取3天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒。
将50g无水乙醇和十六烷基三甲基溴化铵0.15g倒入烧杯中，加入1g三乙烯四胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属掺杂炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。
将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在80℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在105℃下烘干1h，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-6％Cr-50％TETA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(1.2vol％)的吸附量为49.6mg/g。
实施例12
采用与实施例2中相同的条件，区别仅在于将乙酸锆替换为乙酸锰，四乙烯五胺替换为聚乙烯亚胺，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-1％Mn-80％MEA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(1.6vol％)的吸附量为58.6mg/g。
实施例13
采用与实施例8中相同的条件，区别仅在于将乙酸锆替换为草酸钒，四乙烯五胺替换为聚乙烯亚胺，得到高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶CX-2.6％V-40％PEI。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(1.4vol％)的吸附量为65.3mg/g。
对比例
取2.65g无水碳酸钠配成100ml水溶液，将11g间苯二酚固体与2ml碳酸钠溶液混合后加入适量水，待搅拌均匀后再加入41ml甲醛溶液(甲醛含量为37％～40％)。将溶液倒入试管中密封后放入干燥箱中进行老化，包括25℃1天，50℃1天及80℃5天。
将老化成型的有机湿凝胶取出并置于丙酮溶液中萃取2天。取出凝胶，将其置于氮气氛围中(100ml/min)进行干燥(以0.5℃/min的速度由室温升到65℃，保持5h；再升到110℃，保持5h)和炭化(以5℃/min的速度升到900℃，保持3h)过程，待其冷却后将其研磨成颗粒。
将50g无水乙醇和十六烷基三甲基溴化铵0.1g倒入烧杯中，加入0.6g四乙烯五胺，密闭搅拌30min，再加入合成的异质金属掺杂炭干凝胶1g，在室温下搅拌6h。
将混合后所得到的液体置于水浴锅中，在85℃的条件下蒸发以去除混合液中的乙醇。去除乙醇后得到的样品在100℃下烘干1h，得到高氨基嫁接炭干凝胶CX-60％TEPA。
在常压流动吸附装置检测本实施例制备的氨基嫁接炭干凝胶的吸附性能，计算得到对低浓度二氧化碳(0.4vol％)的吸附量为4.0mg/g。

Claims (10)

1.一种高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶，其特征在于，以掺杂异质金属的炭干凝胶为载体，负载有机胺，所述有机胺与掺杂异质金属的炭干凝胶的质量比为0.2～3:1；
所述的掺杂异质金属的炭干凝胶中异质金属的摩尔分数为1～7％。
2.根据权利要求1所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶，其特征在于，所述的异质金属选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB族金属元素中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶，其特征在于，所述的有机胺为四乙烯五胺、聚乙烯亚胺、三乙烯四胺、乙二胺、二乙烯三胺、乙醇胺、二乙醇胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶，其特征在于，所述的有机胺与掺杂异质金属的炭干凝胶的质量比为0.4～3:1；
所述的掺杂异质金属的炭干凝胶中异质金属的摩尔分数为3～5％。
5.一种根据权利要求1～4任一权利要求所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将间苯二酚和有机酸的异质金属盐溶液混合，搅拌均匀后加入甲醛溶液，经老化后得到有机湿凝胶；
有机酸的异质金属盐与间苯二酚的摩尔比为1:5～100；
2)将步骤1)得到的有机湿凝胶置于丙酮溶剂中，萃取至丙酮溶剂不变色，再经干燥、炭化后研磨得到异质金属掺杂炭干凝胶；
3)配置有机胺/乙醇/表面活性剂溶液，密闭搅拌均匀后，再加入步骤2)得到的异质金属掺杂炭干凝胶，加热蒸发至乙醇挥发完全，再经烘干后得到所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶；
所述有机胺与异质金属掺杂炭干凝胶的质量比为0.2～3:1。
6.根据权利要求5所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述有机酸的异质金属盐为乙酸、草酸、柠檬酸中的至少一种有机酸的异质金属盐；
所述甲醛溶液的质量分数为37～40％；
所述的间苯二酚与甲醛的摩尔比为1～4:1。
7.根据权利要求5所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述干燥的温度为50～90℃，炭化的温度为800～1000℃。
8.根据权利要求5所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述有机胺/乙醇/表面活性剂溶液中有机胺的质量分数为0.4～1.6％，表面活性剂与有机胺的质量比0.02～0.5:1；
所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基溴化铵，十八烷基三甲基溴化铵，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，卵磷脂，脱水山梨醇单油酸酯中至少一种；
所述加热蒸发的温度为80～90℃；烘干的温度为100～110℃，时间为1～3h。
9.一种根据权利要求1～4任一权利要求所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶作为二氧化碳吸附剂的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的高氨基嫁接异质金属掺杂炭干凝胶用于密闭空间低浓度CO2的吸附，所述的二氧化碳的体积百分浓度为0.4～2％。
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