CN106902613A - 氨基功能化多孔co2吸附材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氨基功能化多孔CO2吸附材料的制备方法，将多孔材料与一定的氨基改性剂、分散剂在高速搅拌混合器中进行预混合；再将预混合的多孔材料送入高速超细粉碎机进行充分的剪切、粉碎、混合、分散，得到混合均匀的多孔复合材料；最后将制得的多孔材料在烘箱干燥，使改性剂与多孔材料进行充分反应，得到氨基功能化多孔吸附材料。本发明制备过程中没有使用大量的有机溶剂，不会造成环境污染，制备方法简单，操作方便，制造成本低，易于工业化生产，是一种环境友好的制备方法。

Description

氨基功能化多孔CO2吸附材料的制备方法
技术领域
本发明涉及多孔吸附材料制备方法，具体涉及一种CO2吸附用氨基功能化多孔吸附材料的制备方法。
背景技术
吸附法是对CO2捕集回收的常用方法，具有能耗低、吸附量大、设备简单、操作方便、选择性高、可应用范围广等优点。而吸附材料的制备是吸附法分离CO2技术关键因素之一。
氨基功能化多孔吸附材料由于有较大的孔容、高的比表面积等优点，同时，表面的氨基功能团能够与CO2进行反应，通过化学吸附作用来提高对CO2的吸附选择性和吸附能力。因此，氨基功能化多孔材料作为一种新型高性能的吸附剂被广泛用于CO2吸附研究。
目前常用的氨基功能化多孔吸附材料的制备方法是浸渍法。该方法需要将多孔材料与氨基改性剂浸渍于一种或几种活性组分的有机溶液如甲醇、无水乙醇或甲苯中，并经过蒸发、干燥后将改性剂负载在材料孔道内壁。该方法的缺点是制备过程中需要大量有机溶剂，容易造成环境污染，同时，制备过程中容易造成多孔材料孔结构的破坏，从而影响其对CO2的吸附效果。同时，制备工程比较复杂，难于满足工业化生产的要求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种氨基功能化多孔CO2吸附材料的制备方法，不使用溶剂而是利用高速超细粉碎机给物料施加强大的离心力、剪切力，从而产生优异的混合分散效果，获得分散稳定性良好的功能化多孔材料。
本发明的技术解决方案是：将多孔材料与一定的氨基改性剂、分散剂在高速搅拌混合器中进行预混合；再将预混合的多孔材料送入高速超细粉碎机进行充分的剪切、粉碎、混合、分散，得到混合均匀的多孔复合材料；最后将制得的多孔材料在烘箱干燥，使改性剂与多孔材料进行充分反应，得到氨基功能化多孔吸附材料。
其中，具体步骤如下：
第一步骤：将多孔材料放入80-100℃烘箱中干燥4-6小时；在高速搅拌混合器中依次加入100重量份烘干的多孔材料、10-80重量份氨基改性剂、0-10重量份分散剂，混合5-20分钟，转速50-500rpm，其中每搅拌5分钟停3分钟，以防止摩擦发热使材料粘连；
第二步骤：将上述预混合的复合材料送入高速超细粉碎机进行充分混合，转速为500-2000 r/min，粉碎时间30-120min；
第三步骤：将步骤二得到的复合材料放入60-80℃烘箱中真空干燥4-6小时，使氨基改性剂与多孔材料进行充分反应，得到氨基功能化多孔CO2吸附材料。
其中，第一步骤中采用的多孔材料为凹土棒粘土、沸石分子筛、二氧化硅、金属有机骨架、活性炭、碳纳米管。
其中，第一步骤的氨基改性剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺、多乙烯多胺。
其中，第一步骤中采用的分散剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、吐温、高级脂肪酸、聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐。
其中，第二步骤中采用的高速超细粉碎机为机械粉碎机、气流粉碎机、超声波粉碎机。
本发明具有以下优点：
（1）本发明制备的吸附剂表面含有能够与CO2 分子发生健和作用的氨基功能基团，吸附量大；吸附剂表面具有的碱性氨基功能基团-NH2，能与酸性气体CO2 在无水的条件下相互作用，N 上的孤对电子进攻CO2的C原子，CO2的大π键发生断裂，与-NH2 结合形成氨基甲酸中间体或-NH2 +COO-两性离子，最终形成相对稳定的CO2 化学吸附状态，而在高温下则发生可逆反应，释放出CO2。
（2）本发明没有使用大量的有机溶剂，大大降低生产成本，同时不会造成环境污染。
（3）本发明吸附剂制备过程中不会造成多孔材料孔结构的破坏，从而保证了其对CO2的吸附效果。
（4）解决了多孔材料制备过程中易于聚集和缠结，难以分散的问题。
（5）氨基功能化多孔吸附材料制备工艺简单、操作方便、制造成本低，易于工业化生产，是一种环境友好的制备方法。
附图说明
图1 为本发明的反应流程示意图；
图2 为同等条件下CO2吸附量的对比（凹土+50%四乙烯五胺在60℃下吸附量）；
图3为实施例1-6所得的氨基功能化多孔CO2吸附材料的电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步详细地描述本发明的技术方案。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：依以下步骤制备复合吸附剂
（1）将凹凸棒粘土放入100℃烘箱中干燥4小时；在高速搅拌混合器中依次加入100重量份烘干的凹凸棒粘土、10重量份乙二胺、10重量份的硅烷偶联剂KH550，混合5分钟，转速500rpm；
（2）将上述预混合的复合材料送入机械粉碎机进行充分混合，转速为500r/min，粉碎时间120min；
（3）将步骤二得到的复合材料放入60℃烘箱中真空干燥6小时，使氨基改性剂与多孔材料进行充分反应，得到氨基功能化多孔CO2吸附材料。
实施例2：依以下步骤制备复合吸附剂
（1）将沸石分子筛放入90℃烘箱中干燥5小时；在高速搅拌混合器中依次加入100重量份烘干的沸石分子筛SAPO-34、50重量份二乙烯三胺，4重量份聚甲基丙烯酸盐混合10分钟，转速300rpm，其中每搅拌5分钟停3分钟，以防止摩擦发热使材料粘连；
（2）将上述预混合的复合材料送入气流粉碎机进行充分混合，转速为1200 r/min，粉碎时间50min；
（3）将步骤二得到的复合材料放入70℃烘箱中真空干燥5小时，使氨基改性剂与多孔材料进行充分反应，得到氨基功能化多孔CO2吸附材料。
实施例3：依以下步骤制备复合吸附剂
（1）将二氧化硅放入80℃烘箱中干燥6小时；在高速搅拌混合器中依次加入100重量份烘干的二氧化硅、60重量份三乙烯四胺、5重量份的钛酸酯偶联剂，混合20分钟，转速50rpm，其中每搅拌5分钟停3分钟，以防止摩擦发热使材料粘连；
（2）将上述预混合的复合材料送入超声波粉碎机进行充分混合，转速为2000 r/min，粉碎时间30min；
（3）将步骤二得到的复合材料放入80℃烘箱中真空干燥4小时，使偶联剂与二氧化硅进行充分反应，得到氨基功能化多孔CO2吸附材料。
实施例4：依以下步骤制备复合吸附剂
（1）将金属有机骨架多孔材料放入100℃烘箱中干燥4小时；在高速搅拌混合器中依次加入100重量份烘干的金属有机骨架多孔材料、80重量份四乙烯五胺改性剂、7重量份聚丙烯酸盐混合10分钟，转速400rpm，其中每搅拌5分钟停3分钟，以防止摩擦发热使材料粘连；
（2）将上述预混合的复合材料送入机械粉碎机进行充分混合，转速为1000 r/min，粉碎时间60min；
（3）将步骤二得到的复合材料放入60℃烘箱中真空干燥6小时，得到氨基功能化多孔CO2吸附材料。
实施例5：依以下步骤制备复合吸附剂
（1）将活性炭放入100℃烘箱中干燥4小时；在高速搅拌混合器中依次加入100重量份烘干的活性炭、80重量份聚乙烯亚胺、10重量份的吐温，混合10分钟，转速200rpm，其中每搅拌5分钟停3分钟，以防止摩擦发热使材料粘连；
（2）将上述预混合的复合材料送入机械粉碎机进行充分混合，转速为2000 r/min，粉碎时间30min；
（3）将步骤二得到的复合材料放入60℃烘箱中真空干燥6小时，得到氨基功能化多孔CO2吸附材料。
实施例6：依以下步骤制备复合吸附剂
（1）将碳纳米管放入100℃烘箱中干燥4小时；在高速搅拌混合器中依次加入100重量份烘干的活性炭、80重量份多乙烯多胺、5重量份的高级脂肪酸，混合10分钟，转速200rpm，其中每搅拌5分钟停3分钟，以防止摩擦发热使材料粘连；
（2）将上述预混合的复合材料送入气流粉碎机进行充分混合，转速为1000 r/min，粉碎时间60min；
（3）将步骤二得到的复合材料放入80℃烘箱中真空干燥4小时，得到氨基功能化多孔CO2吸附材料。

Claims (6)

1.氨基功能化多孔CO2吸附材料的制备方法，其特征是：将多孔材料与一定的氨基改性剂、分散剂在高速搅拌混合器中进行预混合；再将预混合的多孔材料送入高速超细粉碎机进行充分的剪切、粉碎、混合、分散，得到混合均匀的多孔复合材料；最后将复合多孔材料在烘箱干燥，使改性剂与多孔材料进行充分反应，得到氨基功能化多孔吸附材料。
2.根据权利要求1所述的氨基功能化多孔CO2吸附材料的制备方法，其特征是它包括以下具体步骤：
第一步骤：将多孔材料放入80-100℃烘箱中干燥4-6小时；在高速搅拌混合器中依次加入100重量份烘干的多孔材料、10-80重量份氨基改性剂、0-10重量份分散剂，混合5-20分钟，转速50-500rpm，其中每搅拌5分钟停3分钟，以防止摩擦发热使材料粘连；
第二步骤：将上述预混合的复合材料送入高速超细粉碎机进行充分混合，转速为500-2000 r/min，粉碎时间30-120min；
第三步骤：将步骤二得到的复合材料放入60-80℃烘箱中真空干燥4-6小时，使氨基改性剂与多孔材料进行充分反应，得到氨基功能化多孔CO2吸附材料。
3.根据权利要求2所述的氨基功能化多孔CO2吸附材料的制备方法，其特征是：第一步骤中采用的多孔材料为凹土棒粘土、沸石分子筛、二氧化硅、金属有机骨架、活性炭、碳纳米管。
4.根据权利要求2所述的氨基功能化多孔CO2吸附材料的制备方法，其特征是：第一步骤的氨基改性剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚乙烯亚胺、多乙烯多胺。
5.根据权利要求1所述的氨基功能化多孔CO2吸附材料的制备方法，其特征是：第一步骤中采用的分散剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、吐温、高级脂肪酸、聚丙烯酸盐和聚甲基丙烯酸盐。
6.根据权利要求2所述的氨基功能化多孔CO2吸附材料的制备方法，其特征是：第二步骤中采用的高速超细粉碎机为机械粉碎机、气流粉碎机、超声波粉碎机。
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Application publication date: 20170630

Assignee: Jiangsu Shunqiang Biochemical Technology Co.,Ltd.

Assignor: HUAIYIN NORMAL University

Contract record no.: X2023990000039

Denomination of invention: Preparation method of amino functionalized porous CO2adsorption material

Granted publication date: 20191119

License type: Exclusive License

Record date: 20230105