CN105289530A - 一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂及制备方法，通过溶剂蒸发诱导自组装法（EISA）合成有序介孔碳，并采用浸渍法对其进行担载聚乙烯亚胺（PEI）改性以提高新型吸附剂的疏水性。采用本发明中提供的方法制备的产品孔径分布均一，具备很好的有序性；结构为有序介孔碳，具有较好的热稳定性；产品对二氧化碳吸附量较高，疏水性较强。基于以上性质，产品不但能够适应高湿环境，而且可应用于高于常温的吸附过程，同时可再生性好，制备过程无污染物产生，工艺流程绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，涉及一种新型二氧化碳吸附剂及制备方法，尤其涉及一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂及制备方法。
背景技术
工业革命以来化石燃料被大量消耗，二氧化碳排放量急剧增长，导致了一系列全球性的气候问题和环境问题，如何减少二氧化碳排放业已国内外广泛关注的热点。在各种二氧化碳减排技术中，碳捕集、封存技术(CCS)备受关注，用于捕集工业废气中二氧化碳的新材料（吸附剂）及制备方法发展迅速。
在常用的二氧化碳吸附剂中，活性炭因其生产材料来源广泛、工业化生产成本低而被广泛使用，微孔结构发达、吸附容量较大且具有一定的疏水性，但对二氧化碳的吸附性能有待提高；沸石分子筛具有较强的吸附能力、吸附选择性好，但容易受到吸附气体中水蒸气的影响，吸附量随温度升高明显降低；硅胶制作工艺简单；聚酯类介孔材料以及分子筛均是适合于二氧化碳吸附的材料，而其中更以介孔分子筛材料为应用研究的热点。CN101372325A公开的“一种碳氮多孔材料及其储氢应用”通过介孔二氧化硅硬模板法制备了一种有序介孔碳氮化合物，成本低，循环性能好，储氢容量较高，但不针对二氧化碳吸附的情况，未测试其二氧化碳吸附性能，也未将其应用于二氧化碳吸附领域；CN103315053A公开的“一种用于吸附二氧化碳的活性炭罐”提供了一种通过活性炭来吸附二氧化碳的方法，但仅限于对活性炭的直接利用；CN101543762公开的“二氧化碳吸附剂及其制造方法”采用胺类物质对活性炭进行改性，能够满足工业上对废气的处理要求，然而由于其原料为普通活性炭，原料孔径不均匀且无序，改性后对二氧化碳的吸附性能虽有提高，但相比于以有序介孔材料为原料的情况仍有不足。目前，尚未见到以有序介孔碳为原料改性制备二氧化碳吸附材料的相关报道，亦未见制备基于有序介孔碳的疏水性二氧化碳吸附材料的相关报道。
虽然已有很多新型吸附剂及制备方法被提出，但这些技术和方法主要针对干燥工业废气中二氧化碳的捕集，而实际的工业废气成分复杂，通常含有大量的水蒸气，活性炭、沸石分子筛等传统二氧化碳吸附剂无法直接应用于这种高湿环境。显然，研制适用于高湿环境下捕集二氧化碳的新型吸附材料具有重要意义和应用价值。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型二氧化碳吸附剂及制备方法，通过溶剂蒸发诱导自组装法（EISA）合成有序介孔碳，并采用浸渍法对其进行担载聚乙烯亚胺（PEI）改性以提高新型吸附剂的疏水性，使其可应用于高湿环境下的二氧化碳吸附。
本发明技术方案的实施方法如下：一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂的制备方法如下（如图1所示）：
步骤1：在常温常压条件下，称取适量苯酚，并将其按n（苯酚/NaOH）=1:0.04~1:0.08的质量比与NaOH溶液混合，在40±5℃条件下恒温搅拌10~30min；
步骤2：将适量质量分数为37%的甲醛溶液逐滴加入到步骤1所得到的混合物中，并将上述混合物进一步在75±10℃的温度条件下搅拌2~4h，然后冷却至室温，完成预聚过程；
步骤3：使用低浓度的盐酸将pH值调到6~8，之后在45±5℃的条件下蒸发24h以上，使水分完全蒸发，得到resol型酚醛树脂；
步骤4：取单位重量份步骤3中得到的酚醛树脂为前驱体，以F127为模板剂、乙醇为溶剂在40±5℃的条件下混合、搅拌5~20min，并将其转移到平底培养皿中静置10~16h，使溶剂蒸干以实现溶剂蒸发诱导自组装；
步骤5：将步骤4中得到的样品放入烘箱之中，在100±10℃的条件下加热6-24h，制备得到柔软的薄膜，完成热聚合；
步骤6：将热聚合得到的薄膜刮下、剪碎，放入真空管式炉在氮气保护气氛中以1~5℃/min的升温速率升温至800±50℃高温煅烧，并在800±50℃下保温3h以上；
步骤7：将步骤6中碳化的材料研磨成粉末，向其加入质量分数为40~60%的浓硫酸中，在95±5℃的条件下加热24h以上除去模板，再用水和无水乙醇反复洗涤样品，经过过滤、干燥后得到有序介孔碳；
步骤8：取一定质量的聚乙烯亚胺（PEI）加入甲醇中在适宜的温度条件下搅拌，得到均匀的PEI溶液；
步骤9：将相应质量步骤7中制备的有序介孔碳加入PEI溶液中，搅拌10min以上再使用超声清洗器进行超声振荡5~20min，使PEI能够均匀地分布在有序介孔碳上；
步骤10：将步骤9中的样品放入烘箱，在75±5℃的条件下干燥12h，最终获得PEI改性的有序介孔碳，即产品。
检测结果表明，采用本专利中提供的方法制备的有序介孔碳样品孔径分布均一，产物中没有其他晶体杂质，且具备很好的有序性；有序介孔碳担载聚乙烯亚胺（PEI）后，结构仍为无定形炭，具有较好的热稳定性；产品对二氧化碳吸附量有所提高，且提高的程度跟PEI担载量有关；此外，产品疏水性能明显增强。
有益效果：与同类型的吸附剂相比，新型二氧化碳吸附剂对二氧化碳吸附性能明显增强，对水的吸附性能明显降低；产品具有良好的热稳定性，不但能够适应高湿环境，而且可应用于高于常温的吸附过程；新材料对设备几乎无腐蚀，运行成本低，可延长设备的使用寿命；新型二氧化碳吸附剂可再生性好，制备过程无污染物产生，工艺流程绿色环保。
附图说明
图1为一种基于有序介孔碳合成和改性的二氧化碳吸附剂的制备方法流程图。
图2为改性后的CO2/H2O吸附量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
本发明提出了一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂及制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：
（1）在常温常压条件下将苯酚与质量分数为20%的NaOH溶液混合、恒温搅拌，逐滴加入甲醛溶液，恒温搅拌后冷却至室温；用低浓度的盐酸将pH值调到7左右，之后在45℃的条件下蒸发24h得到resol型酚醛树脂。
（2）将步骤1得到的酚醛树脂和F127溶解到乙醇中，混合、搅拌后转移到平底培养皿中静置；将样品加热完成热聚合，再把产物放入真空管式炉在氮气保护气氛中高温煅烧；将碳化的材料研磨成粉末加入浓硫酸中加热除去模板，再用水和无水乙醇反复洗涤，过滤、干燥后得到有序介孔碳。
（3）取一定质量的聚乙烯亚胺（PEI）加入甲醇中得到均匀的PEI溶液，再将步骤2中得到的有序介孔碳加入，搅拌并超声振荡一段时间；将样品放入烘箱干燥，最终获得PEI改性的有序介孔碳，即产品。
实施例1
在常温常压条件下将6.1重量份的苯酚与1.3重量份质量分数为20%的NaOH溶液混合、恒温搅拌，逐滴加入10.5重量份质量分数为37%的甲醛溶液，恒温搅拌后冷却至室温；用低浓度的盐酸将pH值调到7左右，之后在45℃的条件下蒸发24h得到resol型酚醛树脂。
将得到的酚醛树脂和F127溶解到乙醇中，混合、搅拌、加热、煅烧，将碳化的材料研磨成粉末加入浓硫酸中加热除去模板，再用水和无水乙醇反复洗涤，过滤、干燥后得到有序介孔碳。
实施例2
取1.12重量份的PEI加入甲醇中配制成PEI溶液，加入4.48重量份实施例1中的有序介孔碳，搅拌并超声振荡10min以上。将样品放入烘箱干燥，最终获得PEI担载量为20%的有序介孔碳，即产品。经检测，产品同时具有良好的疏水性和二氧化碳吸附性能。
实施例3
取1.32重量份的PEI加入甲醇中配制成PEI溶液，加入3.08重量份实施例1中的有序介孔碳，搅拌并超声振荡10min以上。将样品放入烘箱干燥，最终获得PEI担载量为30%的有序介孔碳，即产品。经检测，产品同时具有良好的疏水性和二氧化碳吸附性能。
实施例4
取3.26重量份的PEI加入甲醇中配制成PEI溶液，加入4.89重量份实施例1中的有序介孔碳，搅拌并超声振荡10min以上。将样品放入烘箱干燥，最终获得PEI担载量为40%的有序介孔碳，即产品。经检测，产品同时具有良好的疏水性和二氧化碳吸附性能。
实施例5
取2.87重量份的PEI加入甲醇中配制成PEI溶液，加入2.87重量份实施例1中的有序介孔碳，搅拌并超声振荡10min以上。将样品放入烘箱干燥，最终获得PEI担载量为50%的有序介孔碳，即产品。经检测，产品同时具有良好的疏水性和二氧化碳吸附性能。
综合实施例2~5，采用动态吸附法测试产品对CO2和H2O的吸附量，结果（如图2所示）表明：在温度为25℃、相对湿度为97%的条件下，产品对H2O的吸附量与PEI担载量呈负相关关系，PEI担载量同样影响产品对CO2的吸附性能。从而证明了本专利中的方法能够大大提高产品的疏水性，满足高湿环境下进行二氧化碳吸附的要求，用户可根据实际需要进行选择配比。
Claims (3)
1.一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂是由溶剂蒸发诱导自组装法（EISA）合成的有序介孔碳担载聚乙烯亚胺（PEI）改性制备而成，其特征在于：结构为有序介孔炭，对二氧化碳吸附量较高，疏水性较强。
2.一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：在常温常压条件下，用电子天平称取适量苯酚，并按n（苯酚/NaOH）=1:0.04~1:0.08的质量比与NaOH溶液混合，在40±5℃的条件下恒温搅拌10~30min；
步骤2：将适量质量分数为37%的甲醛溶液逐滴加入到步骤1所得到的混合物中，并将上述混合物进一步在75±10℃的温度条件下搅拌2~4h，然后冷却至室温，完成预聚过程；
步骤3：使用低浓度的盐酸将pH值调到6~8，之后在45±5℃的条件下蒸发24h以上，使水分完全蒸发，得到resol型酚醛树脂；
步骤4：取单位重量份步骤3中得到的酚醛树脂为前驱体，以F127为模板剂、乙醇为溶剂在40±5℃的条件下混合、搅拌5~20min，并将其转移到平底培养皿中静置10~16h，使溶剂蒸干以实现溶剂蒸发诱导自组装；
步骤5：将步骤4中得到的样品放入烘箱之中，在100±10℃的条件下加热6-24h，制备得到柔软的薄膜，完成热聚合；
步骤6：将热聚合得到的薄膜刮下、剪碎，放入真空管式炉在氮气保护气氛中以1~5℃/min的升温速率升温至800±50℃高温煅烧，并在800±50℃下保温3h以上；
步骤7：将步骤6中碳化的材料研磨成粉末，向其加入质量分数为40~60%的浓硫酸中，在95±5℃的条件下加热24h以上除去模板，再用水和无水乙醇反复洗涤样品，经过过滤、干燥后得到有序介孔碳；
步骤8：取一定质量的聚乙烯亚胺（PEI）加入甲醇中在适宜的温度条件下搅拌，得到均匀的PEI溶液；
步骤9：将相应质量步骤7中制备的有序介孔碳加入PEI溶液中，搅拌10min以上再使用超声清洗器进行超声振荡5~20min，使PEI能够均匀地分布在有序介孔碳上；
步骤10：将步骤9中的样品放入烘箱，在75±5℃的条件下干燥12h，最终获得PEI改性的有序介孔碳，即产品。
3.根据权利要求2所述的一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂，其特征在于：步骤10所述的产品具有较高的CO2吸附量和良好的疏水性能，可用于分离高湿CO2。
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|---|---|
| CN (1) | CN105289530A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107416791A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-01 | 华侨大学 | 一种木质素基有序介孔碳材料的制备方法 |
| CN108404883A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-08-17 | 清华大学 | 一种应用于沼气脱碳纯化固体吸附材料的制备方法 |
| CN109395703A (zh) * | 2018-07-31 | 2019-03-01 | 中山大学 | 一种聚多巴胺分子印迹有序介孔碳材料及其制备方法 |
| CN110371973A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-10-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种聚对苯二胺/石墨烯基氮掺杂多孔碳材料制备方法 |
| CN110571421A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-13 | 西京学院 | 一种碳硫复合材料及其制备方法和用途 |
| CN112467127A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-03-09 | 陕西红马科技有限公司 | 一种包覆改性的锂离子三元正极材料及其制备方法 |
| CN112875677A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-01 | 军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所 | 负载有金属纳米颗粒的有序介孔碳的制备方法，其产品及应用 |
| CN114345298A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-04-15 | 大连理工大学 | 一种密胺树脂基氮掺杂介孔碳二氧化碳吸附剂 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100999316A (zh) * | 2006-12-29 | 2007-07-18 | 上海师范大学 | 高机械稳定性非金属元素掺杂有序介孔碳材料的合成 |
| CN103648612A (zh) * | 2011-05-17 | 2014-03-19 | 恩弗里德系统公司 | 用于从室内空气降低二氧化碳的吸着剂 |
-
2014
- 2014-07-16 CN CN201410336223.5A patent/CN105289530A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100999316A (zh) * | 2006-12-29 | 2007-07-18 | 上海师范大学 | 高机械稳定性非金属元素掺杂有序介孔碳材料的合成 |
| CN103648612A (zh) * | 2011-05-17 | 2014-03-19 | 恩弗里德系统公司 | 用于从室内空气降低二氧化碳的吸着剂 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张莉娜等: "功能化硅基介孔材料的合成及其CO2吸附性能", 《石油学报（石油加工）》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107416791A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-01 | 华侨大学 | 一种木质素基有序介孔碳材料的制备方法 |
| CN108404883A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-08-17 | 清华大学 | 一种应用于沼气脱碳纯化固体吸附材料的制备方法 |
| CN108404883B (zh) * | 2018-03-28 | 2020-06-02 | 清华大学 | 一种应用于沼气脱碳纯化固体吸附材料的制备方法 |
| CN109395703A (zh) * | 2018-07-31 | 2019-03-01 | 中山大学 | 一种聚多巴胺分子印迹有序介孔碳材料及其制备方法 |
| CN109395703B (zh) * | 2018-07-31 | 2021-08-31 | 中山大学 | 一种聚多巴胺分子印迹有序介孔碳材料及其制备方法 |
| CN110371973A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-10-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种聚对苯二胺/石墨烯基氮掺杂多孔碳材料制备方法 |
| CN110571421A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-13 | 西京学院 | 一种碳硫复合材料及其制备方法和用途 |
| CN112467127A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-03-09 | 陕西红马科技有限公司 | 一种包覆改性的锂离子三元正极材料及其制备方法 |
| CN112875677A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-01 | 军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所 | 负载有金属纳米颗粒的有序介孔碳的制备方法，其产品及应用 |
| CN114345298A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-04-15 | 大连理工大学 | 一种密胺树脂基氮掺杂介孔碳二氧化碳吸附剂 |
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