【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于吸附材料，具體涉及一種海綿狀固態胺co2吸附材料及其制備方法。
技術介紹
1、隨著全球工業化進程的加速，巨額co2排放帶來的全球氣候變暖和隨之的氣候變化已成為人類亟需解決的重點問題。清潔能源如風能、水能、太陽能和氫能等法在短期內完全替代化石能源，高性能的co2吸附材料的應用是解決氣候問題的有效手段。理想的co2吸附材料應同時具有高co2吸附容量、快速吸附動力學、高選擇性、低制備和運行成本等特點。吸附量、吸附動力學、選擇性與材料的結構和有效吸附位點數量有關，成本與原料價格、制備流程的復雜程度和材料的再生性能有關。
2、現有固態胺材料多以負載型為主，首先合成多孔載體，而后將有機胺通過物理浸漬等方式負載在載體中。一方面胺在載體中的負載不可避免地會出現堵塞孔道地現象，需要對載體孔結構進行設計優化。另一方面聚合物載體與胺之間基本無相互作用，胺的負載存在理論極限，且在多次循環中容易流失。同時，吸附劑往往需要在90℃以上進行脫附，能耗較高的同時容易導致吸附劑與co2結合形成尿素及其衍生物造成吸附容量不可逆地下降。
3、為了提高吸附量，人們開始嘗試制備以胺為主體的固態胺吸附劑。doi為10.1039/c6gc01416j的文獻中通過有機小分子胺與丙烯酸甲酯通過michael加成反應合成了端胺基的超支化聚合物hbp-nh2，而后通過預吸附co2后與戊二醛進行交聯，制備了一種具有高胺基密度的co2印跡型固態胺吸附劑，吸附量高達7.65mmol/g。doi為10.1021/acs.langmuir.9b03694
4、為了降低脫附溫度從而降低再生能耗和成本，人們對胺基或載體進行改性從而賦予其溫度響應特性。doi為10.1021/acs.langmuir.8b02493的文獻中在端氨基超支化聚合物上進一步引入環氧丙烷進行修飾，雖然吸附容量小幅降低，但材料可在85℃下完全再生。doi為10.1016/j.jenvman.2021.112722的文獻中在劍麻纖維上共聚接枝了丙烯酰胺和n-異丙基丙烯酰胺，n-異丙基丙烯酰胺的引入賦予材料顯著的溫敏特性，材料在不同溫度下的吸水溶脹率存在明顯變化。通過控制共聚單體比例，吸附劑co2吸附容量未有明顯下降，但脫附溫度可以降至60℃。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本專利技術的主要目的在于提供一種海綿狀固態胺co2吸附材料及其制備方法。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：
3、一種海綿狀固態胺co2吸附材料的制備方法，其以聚乙烯亞胺為基體，先經michael加成引入溫敏性單體，再在高內相乳液模板存在下雨交聯劑交聯固化，即得海綿狀固態胺co2吸附材料。
4、在某些具體實施方式中，該海綿狀固態胺co2吸附材料的制備方法，具體包括如下步驟：
5、(1)將聚乙烯亞胺與溫敏性單體加入水中混合均勻并進行michael加成反應，得到溫敏單體修飾的聚乙烯亞胺水溶液；
6、(2)在步驟(1)所得的聚乙烯亞胺水溶液中加入表面活性劑作為水相，攪拌均勻；稱取甲苯，并在其中加入交聯劑作為油相；將油相在攪拌的同時滴加至水相中，混合均勻，得到高內相乳液；
7、(3)將步驟(2)制備得到的高內相乳液轉移至聚四氟乙烯模具中交聯固化，反應結束后洗滌、干燥得到海綿狀固態胺co2吸附材料。
8、在某些具體實施方式中，所述溫敏性單體為烷基酰胺類物質，所述交聯劑為縮水甘油醚類物質，所述表面活性劑為曲拉通x-405。
9、其中優選烷基酰胺類物質作為溫敏性基團的提供物，主要是因為烷基酰胺類物質存在低臨界溶解溫度(lower?critical?solution?temperature,lcst)。當環境溫度低于lcst時，烷基酰胺類物質中的極性基團(如酰胺基)與水分子間形成分子間氫鍵，聚合物分子呈現舒展拉伸狀態，表現為親水性質；當環境溫度高于lcst時，分子間氫鍵被破壞，酰氨基將協同互相形成分子內氫鍵從而使聚合物呈現螺旋狀排出水分子，表現為疏水性質。
10、進一步的，所述烷基酰胺類物質為n-異丙基丙烯酰胺、異丁酰氯、異丁酸酐中的一種；所述交聯劑為乙二醇二縮水甘油醚、丙三醇三縮水甘油醚、丁二醇二縮水甘油醚、己二醇二縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚中的一種。
11、進一步優選n-異丙基丙烯酰胺是因為其lcst較低，約38℃，且反應活性好易于改性，與聚乙烯亞胺復合后能夠降低吸附劑的co2脫附溫度。
12、在某些具體的實施方式中，所述聚乙烯亞胺的分子量為600-70000；當聚乙烯亞胺分子量較小時，所得乳液體系粘度較低而不穩定，且交聯成型所需的交聯劑用量也較多；交聯劑不含活性吸附位點，因此交聯劑用量越少，所得吸附劑的單位質量吸附量就越高；因此在不影響乳液穩定性的前提下優選分子量大的聚乙烯亞胺原料。
13、在某些具體的實施方式中，當采用的聚乙烯亞胺分子量較大時，將聚乙烯亞胺配置成質量濃度為5wt％-15wt％的水溶液。當聚乙烯亞胺水溶液濃度較低時，相鄰聚乙烯亞胺分子之間距離較遠，導致部分聚乙烯亞胺無法完全交聯；當聚乙烯亞胺水溶液濃度較高時，將導致所形成的互穿網絡結構變厚且相互覆蓋，不利于co2的擴散與吸附。
14、在某些具體的實施方式中，步驟(1)中所述聚乙烯亞胺與溫敏性單體的質量比為1：(0.1-1)。溫敏性單體的添加量越多，所得材料的溫敏特性越明顯，脫附溫度也越低；但由于烷基酰胺類物質不提供活性吸附位點，烷基酰胺類物質的添加量越多，所得材料的吸附容量也越低。因此需要綜合考慮吸附容量和脫附溫度兩個方面來確定最優的烷基酰胺類物質添加量。
15、在某些具體的實施方式中，所述聚乙烯亞胺水溶液與甲苯的體積比為1：(2.85-5)；所述聚乙烯亞胺與曲拉通x-405的質量比為1：(2.7-2.9)。當聚乙烯亞胺水溶液與甲苯的體積比大于1：2.85時，所得材料將不出現互聯的通孔結構。水油比越小，所得材料的通孔尺寸越大，材料密度越小，但乳液也越不穩定。因此需要在保證乳液穩定性的前提下，減小水油比。
16、在某些具體實施方式中，所述michael加成反應的反應溫度為50-80℃，反應時間為60-75小時。
17、在某些具體實施方式中，所述海綿狀固態胺co2吸附材料的反應體系中所述聚乙烯亞胺與交聯劑的質量比為1：(0.125-1)
18、在某些具體實施方式中，所述交聯反應的反應溫度為50-70℃，反應時間為4-8小時。
19、在某些具體實施方式中，所述步驟(2)中，混合均勻采用的方式是攪拌，所述攪拌的轉速為500-1200rpm，所述攪拌的時間為10-60分鐘。
20、在某些具體實施方式中，步驟(本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種海綿狀固態胺CO2吸附材料的制備方法，其特征在于，其以聚乙烯亞胺為基體，先經Michael加成引入溫敏性單體，再在高內相乳液模板存在下雨交聯劑交聯固化，即得海綿狀固態胺CO2吸附材料。
2.根據權利要求1所述的海綿狀固態胺CO2吸附材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據權利要求1所述的海綿狀固態胺CO2吸附材料的制備方法，其特征在于，所述溫敏性單體為烷基酰胺類物質，所述交聯劑為縮水甘油醚類物質。
4.根據權利要求3所述的海綿狀固態胺CO2吸附材料的制備方法，其特征在于，所述烷基酰胺類物質為N-異丙基丙烯酰胺、異丁酰氯、異丁酸酐中的一種；所述交聯劑為乙二醇二縮水甘油醚、丙三醇三縮水甘油醚、丁二醇二縮水甘油醚、己二醇二縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚中的一種。
5.根據權利要求1所述的海綿狀固態胺CO2吸附材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述聚乙烯亞胺與溫敏性單體的質量比為1：(0.1-1)。
6.根據權利要求1所述的海綿狀固態胺CO2吸附材料的制備方法，其特征在于，所述Michael加成反應的
7.根據權利要求4所述的海綿狀固態胺CO2吸附材料的制備方法，其特征在于，所述海綿狀固態胺CO2吸附材料的反應體系中所述聚乙烯亞胺與交聯劑的質量比為1：(0.125-1)。
8.根據權利要求4所述的海綿狀固態胺CO2吸附材料的制備方法，其特征在于，所述交聯反應的反應溫度為50-70℃，反應時間為4-8小時。
9.根據權利要求4所述的海綿狀固態胺CO2吸附材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，混合均勻采用的方式是攪拌，所述攪拌的轉速為500-1200rpm，所述攪拌的時間為10-60分鐘。
10.一種根據權利要求1-8中任一項制備方法制備得到的海綿狀固態胺CO2吸附材料，其特征在于，所述海綿狀固態胺CO2吸附材料具有μm至mm級通孔，吸水溶脹率為250-900％。
...【技術特征摘要】
1.一種海綿狀固態胺co2吸附材料的制備方法，其特征在于，其以聚乙烯亞胺為基體，先經michael加成引入溫敏性單體，再在高內相乳液模板存在下雨交聯劑交聯固化，即得海綿狀固態胺co2吸附材料。
2.根據權利要求1所述的海綿狀固態胺co2吸附材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據權利要求1所述的海綿狀固態胺co2吸附材料的制備方法，其特征在于，所述溫敏性單體為烷基酰胺類物質，所述交聯劑為縮水甘油醚類物質。
4.根據權利要求3所述的海綿狀固態胺co2吸附材料的制備方法，其特征在于，所述烷基酰胺類物質為n-異丙基丙烯酰胺、異丁酰氯、異丁酸酐中的一種；所述交聯劑為乙二醇二縮水甘油醚、丙三醇三縮水甘油醚、丁二醇二縮水甘油醚、己二醇二縮水甘油醚、間苯二酚二縮水甘油醚中的一種。
5.根據權利要求1所述的海綿狀固態胺co2吸附材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述聚乙烯亞胺與溫敏性單體的質量比為1：(0.1-1)。
...【專利技術屬性】
技術研發人員：陳水挾，劉昊睿，
申請(專利權)人：化學與精細化工廣東省實驗室揭陽分中心，
類型：發明
國別省市：
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