CN108097217B - 一种含双氨官能团微孔硅吸附剂的制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于吸附剂材料制备领域，特别涉及一种含双氨官能团微孔硅吸附剂的制备方法和应用。将3‑(2‑氨基乙基氨基)丙基‑三乙氧基硅烷充分分散于异丙醇中，并向其中滴加硝酸水溶液，搅拌充分后转移至水浴条件下继续搅拌反应；将得到的反应体系过滤，滤饼经洗涤并干燥，得到含双氨官能团微孔硅吸附剂，用于对酸性气体(如二氧化碳)的吸附。

Description

一种含双氨官能团微孔硅吸附剂的制备方法和应用
技术领域
本发明属于吸附剂材料制备领域，特别涉及一种含双氨官能团微孔硅吸附剂的制备方法和应用。
背景技术
化石燃料燃烧导致的温室效应已经严重威胁人类的生存环境，而CO2气体则是温室效应的主要来源，当前以及今后几十年内，人类活动所需的能源仍主要来源于化石燃料，因此必须控制燃料燃烧过程中所排放的CO2。
目前，使用现有的吸附材料对CO2进行吸附处理时，往往会表现出吸附速率较慢、吸附量不高等问题。
发明内容
本发明提供了一种含双氨官能团微孔硅吸附剂的制备方法和应用，
本专利所制备的是一种微孔吸附材料，与常用的介孔吸附材料相比，微孔材料具有比表面积大的优点，但微孔孔径小(～1nm，与CO2分子动力学直径在同一个数量级)，因此现有技术中，微孔结构的吸附剂不适用于动力学直径较大的CO2这类分子的吸附，这是因为CO2分子由于无规则的热运动在微孔吸附剂孔道入口处无法自由地进入，吸附阻力较大，吸附性能达不到实际应用的要求，
而本专利通过在微孔硅吸附材料上负载双氨基团，诱导CO2分子方向明确地进入孔道内，使CO2吸附具有导向性，大大缩短了其进入孔道内的行程以及时间，这是本领域内不容易想到的，虽然氨官能团和CO2分子具有较强化学结合作用，但想不到负载氨基还可使CO2分子的吸附具有导向性，减少了气体进入孔道的难度，解决了“一般微孔吸附剂虽然比表面积大，但较大的气体分子不容易进入其微孔”这一重要问题。在宏观上提高了吸附速率和吸附量，实现微孔硅材料在CO2气体吸附上的实际应用。
本专利利用溶胶-凝胶法，通过3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三乙氧基硅烷或3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三甲氧基硅烷水解聚合，制备出含双氨官能团微孔硅吸附剂PTES-bis(NH2)，
具体操作为：
(1)将3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三乙氧基硅烷或3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三甲氧基硅烷充分分散于异丙醇IPA中，并向其中滴加硝酸水溶液，搅拌充分后转移至水浴条件下继续搅拌反应，
向3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三乙氧基硅烷或3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三甲氧基硅烷分散液(分散液中，硅源的质量分数为5％)中滴加硝酸水溶液时，控制n[3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三乙氧基硅烷]或n[3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三甲氧基硅烷]：n(H2O)：n(HNO3)＝1：120：0.2，
水浴条件下搅拌反应的温度为60℃，反应时间为6h；
(2)将步骤(1)得到的反应体系过滤，滤饼经洗涤并干燥，得到含双氨官能团微孔硅吸附剂，
干燥为，80～100℃下真空干燥8～10h。
附图说明
图1为本专利实施例1中制备的含双氨官能团微孔硅吸附剂对CO2的吸附等温线。
图2为本专利实施例1中制备的含双氨官能团微孔硅吸附剂的溶胶粒径分布图，可见溶胶仅具有1到10纳米的粒径。
图3为本专利实施例1中制备的含双氨官能团微孔硅吸附剂的孔径分布图，可见孔径分布在0～2纳米之间，可以明确判断是微孔结构。
图4为本专利实施例1中制备的含双氨官能团微孔硅吸附剂对N2的吸附等温线。
图5为本专利实施例1中制备的含双氨官能团微孔硅吸附剂和实施例2中制备的硅基介孔吸附材料SBA-15对CO2的吸附动力学曲线的对比，其中，吸附实验的条件为：25℃、1atm、二氧化碳气体流量100mL/min，
从附图5中可见，采用实施例1制备的吸附剂对二氧化碳的吸附能力达到～2毫摩尔/克，而根据本领域公知，该吸附条件下，如果二氧化碳仅仅是被吸附在外表面而没有进入吸附剂孔道中的话，吸附量会比这个值小2～3个数量级，因此只有进入微孔孔道内，利用微孔材料大的比表面积才能达到这个吸附量。
具体实施方式
实施例1
(1)将2.65g的3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三乙氧基硅烷充分分散于66mL异丙醇中，并向其中滴加硝酸水溶液，控制n[3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三乙氧基硅烷]：n(H2O)：n(HNO3)＝1：120：0.2，搅拌10min后转移至60℃的水浴条件下继续搅拌反应6h；
(2)将步骤(1)得到的反应体系过滤，滤饼经洗涤并于80℃下真空干燥10h，得到含双氨官能团微孔硅吸附剂PTES-bis(NH2)。
将实施例1制备的含双氨官能团微孔硅吸附剂PTES-bis(NH2)对二氧化碳气体进行吸附。
实施例2
(1)将2.5g模板剂P123(EO20PO70EO20)和15.0g盐酸溶于75mL蒸馏水中，并将混合物倒入125mL玻璃瓶中，在30℃下用磁棒搅拌2h，
(2)继续向步骤(1)得到的混合体系中加入5.2g正硅酸乙酯(TEOS)，30℃下搅拌20h后，在100℃下老化静置24h，
(3)用56mL乙醇和4mL盐酸的混合溶液洗涤步骤(2)得到的体系，并用吸盘过滤，最终得到介孔硅吸附剂SBA-15。
将实施例2制备的介孔硅吸附剂SBA-15对二氧化碳气体进行吸附。

Claims (1)

1.一种含双氨官能团微孔硅吸附剂的应用，其特征在于：采用含双氨官能团微孔硅吸附剂对二氧化碳进行吸附；所述含双氨官能团微孔硅吸附剂的制备方法为，利用溶胶-凝胶法，通过3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三乙氧基硅烷或3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三甲氧基硅烷水解聚合，制备出含双氨官能团微孔硅吸附剂；
所述方法的具体步骤为，
(1)将3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三乙氧基硅烷或3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三甲氧基硅烷充分分散于异丙醇中，并向其中滴加硝酸水溶液，搅拌充分后转移至水浴条件下继续搅拌反应；
滴加硝酸的水溶液时，控制n [3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三乙氧基硅烷]或n[3-(2-氨基乙基氨基)丙基-三甲氧基硅 烷]：n(H2O)：n(HNO3)＝1：120：0.2；
水浴温度为60℃，水浴条件下继续搅拌反应时间为6h；
(2)将步骤(1)得到的反应体系过滤，滤饼经洗涤并干燥，得到含双氨官能团微孔硅吸附剂；
干燥为80～100℃下真空干燥8～10h。
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