專利名稱：高分子納米聚合物介孔材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高分子納米復合材料的制備方法，上述材料含有多種反應基或官能團，可作為吸附劑，通過吸附和吸收，分離對地球溫室效應影響最大的溫室氣體-二氧化碳，也可作為吸附劑，通過與重金屬反應，吸收和吸附以控制(去除)重金屬。
背景技術：
近來，為了減少并處理二氧化碳，已提出燃燒后分離過程中的吸收法、吸附法、膜分離法，燃燒前分離過程中的脫碳法。上述燃燒后分離過程中的吸收法，利用液態(tài)胺類吸收劑吸收并分離二氧化碳后， 通過加熱與胺基化學結合的二氧化碳，使其解吸而分離出高濃度二氧化碳。這時，胺類吸收劑與水一起使用，二氧化碳在溶液內的物質傳遞為可變因素。吸收二氧化碳的溶液在解吸過程中需要大量的能量，并且隨著所使用的胺的氧化，必須進行額外的凈化過程。因此，上述吸收法工序非常復雜，并且所需設備成本在目前提出的二氧化碳分離方法中最高，因而雖在分離大量二氧化碳時占居優(yōu)勢，但不適用于需要處理的二氧化碳的量少的情況。另外，還有使用高溫干式吸收劑的方法，如使用韓國注冊專利10-0899306號“鈣系高溫二氧化碳吸收劑”時，雖然由于在二氧化碳和干式吸收劑的分離工序中能夠直接獲得高濃度的二氧化碳而存在優(yōu)勢，但是所需工作溫度很高，干式吸收劑磨損帶來的損失大。并且，目前上述吸附法中主要利用壓力變化或者溫度變化的方法最為常見，但也有通過同時改變壓力和溫度進行分離的方法。這時使用的吸附劑主要有沸石分子篩或活性炭、碳分子篩。上述沸石分子篩雖然吸附效率高，但容易被燃氣中存在的其他物質污染而產生問題?；钚蕴康奈搅勘确惺停暨M行物理吸附，在熱解吸時需要高溫條件，并且由于在高壓環(huán)境下進行吸附以提高使用效率，因而需要額外的能源成本。因此，為了提高二氧化碳吸附分離效率，通常在高壓環(huán)境下進行，而此過程中較難分離出高濃度的二氧化碳，因而，需要經過繁復的步驟才能分離出高濃度二氧化碳。并且， 吸附劑的二氧化碳吸附量很容易受到溫度的影響，因而為了低溫供料，在進行分離工序前需要進行冷卻。不僅如此，水分的存在也會大幅減少吸附量，因此必須進行除水處理?？偠灾捎谏鲜鲞\行方式及其限制，該吸附法需要高能源成本，很難大規(guī)模投入使用。至于上述膜分離法，也存在以下缺點目前分離膜的制備成本很高；而且用于凈化燃氣的預處理設備成本很高；分離膜因污染而進行替換和凈化所需的費用也很高。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決如上所述吸附劑存在的問題而提出一種新概念材料的制備方法， 該材料除了用于二氧化碳的分離，也可用于其它多個領域，該材料具有以下特點水分對二氧化碳吸附量的影響很小或者完全不產生影響；與其他物理吸附劑相比，其使用溫度高； 根據排放氣體管理規(guī)定，在通過廢氣過濾裝置后的50°C -80°C溫度下，也具有很高的吸附能力；以及在110°C以下會出現二氧化碳的解吸。因而本發(fā)明的目的在于提供含反應基或官能團的材料的制備方法，該材料可通過對氣態(tài)或液態(tài)重金屬的吸附、吸收作用進行分離， 還可利用其反應基和官能團的取代作用用作多種催化劑，還可用作醫(yī)藥用品。為了達到上述目的，本發(fā)明的高分子納米聚合物介孔材料的制備方法包括步驟 (SlO)，將有氣孔的固體材料在常溫、常壓下真空干燥；步驟(S20)，在反應器中，向上述經過真空干燥的0. 2wt % 50wt %的固體材料添加50wt % 99. 8wt %的第一有機溶劑，使用超聲波振動器將第一有機溶劑分散到固體材料的氣孔中并去除空氣，使固體材料的表面被第一有機溶劑浸濕；步驟(S30)，相對于經過上述步驟(S20)后的反應器內的固體材料和第一有機溶劑的混合物重量的IOwt% 99wt%，添加1 90wt%含反應基或官能團的物質， 并攪拌10-20分鐘；步驟(S40)，向經過上述步驟(S30)的反應器內加入聚合催化劑，在上述反應器的表面溫度保持在_20°C 100°C的狀態(tài)下，進行混合、聚合反應10分鐘-100小時；步驟(S50)，聚合反應結束后，使用第二有機溶劑洗滌和過濾反應生成物，以去除聚合催化劑及未反應的具有反應基或官能團的物質；以及步驟(S60)，通過干燥，從已除去聚合催化劑及未反應的具有反應基或官能團的物質后的反應生成物中，去除第二有機溶劑。本發(fā)明的特征在于，使用多種介孔構造體，通過在上述介孔構造體的氣孔內以及表面接枝或涂覆含反應基或官能團的物質，使得介孔構造體的內、外壁表面上都具有反應基或者官能團，以及將含反應基或官能團的物質聚合成聚合物，使其存在于介孔構造體的氣孔內、外。以下，按照制備步驟，詳細說明上述技術構成。含氣孔的固體材料干燥步驟(SlO)在本發(fā)明中使用的固體材料含氣孔，使用選自二氧化硅、碳分子篩、沸石分子篩、氧化鋁和氧化鋯中的任意一種以上的材料。更為具體地，使用比表面積為300m2/g 3，000m2/g，平均氣孔直徑為1. 5nm 30. Onm的介孔碳。上述含氣孔的固體材料在常溫常壓下經過真空干燥過程。如果對上述固體材料不進行真空干燥，則會由于吸附在固體材料表面的物質降低單體的分散度，從而不能發(fā)生聚合反應或者降低聚合度。經過真空干燥，可得到在固體材料氣孔內分散均勻的效果，并可達到適當的聚合度。向固體材料的氣孔分散第一有機溶劑的步驟(S20)在反應器中，向0.2wt% 50襯％經過真空干燥的固體材料添加50wt% 99. 8wt%的第一有機溶劑，使用超聲波振動器向固體材料的氣孔分散第一有機溶劑并去除空氣，使固體材料的表面被第一有機溶劑浸濕。上述固體材料的使用量不足0. 2wt%時，由于固體材料的量不足，會出現氣孔堵塞現象以及過度聚合的問題；若超過50wt%，則由于固體材料的量過多，會使聚合用單體的分散度降低，不能充分進行聚合。因此，相對于第一有機溶劑，上述固體材料的使用量優(yōu)選為 0. 2wt%~ 50wt%o上述第一有機溶劑為選自乙腈、丙酮、氯仿、氯乙烷(dimethyl chloride)、甲基乙基酮、甲醇、甲苯、二甲苯、異丙醇、丙醇(propane alcohol)、醋酸正丙酯(normal propylacetate)、乙醚(ether)中的任意一種以上的溶劑。上述第一有機溶劑的使用量少于50wt%時，單體和固體材料的混合程度不佳， 分散得不充分；若超過99. 8wt%，則單體和固體材料的濃度低，出現聚合度下降和反應時間延長的問題。因此，上述第一有機溶劑的使用量相對于固體材料優(yōu)選為50wt%
氟基為反應基的偏二氟乙烯(vinylidene fluoride)；
權利要求
1.一種高分子納米聚合物介孔材料的制備方法，所述材料含多種反應基或官能團，所述方法包括步驟(SlO)，將含氣孔的固體材料在常溫、常壓下真空干燥；步驟(S20)，在反應器中，向上述經過真空干燥的0. 2wt% 50wt%的所述固體材料中添加50wt% 99. 8wt%的第一有機溶劑，使用超聲波振動器將所述第一有機溶劑分散到所述固體材料的所述氣孔中并去除空氣，使所述固體材料的表面被所述第一有機溶劑浸濕；步驟(S30)，相對于經過上述步驟(S20)后的所述反應器內的所述固體材料和所述第一有機溶劑的混合物重量的川襯^ 日徹丨^，添加 90wt%的含反應基或官能團的物質，并攪拌10-20分鐘；步驟(S40)，向經過上述步驟(S30)的所述反應器內加入聚合催化劑，在所述反應器的表面溫度保持在_20°C 100°C的狀態(tài)下，進行混合、聚合反應10分鐘-100小時；步驟(S50)，所述聚合反應結束后，使用第二有機溶劑洗滌和過濾反應生成物，以去除所述聚合催化劑及未反應的含反應基或官能團的物質；以及步驟(S60)，通過干燥，從除去所述聚合催化劑及所述未反應的含反應基或官能團的物質后的反應生成物中，去除所述第二有機溶劑。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氣孔的固體材料為選自二氧化硅、 碳分子篩、沸石分子篩、氧化鋁和氧化鋯中的任意一種以上。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一有機溶劑為選自乙腈、丙酮、氯仿、氯乙烷、甲基乙基酮、甲醇、甲苯、二甲苯、異丙醇、丙醇、醋酸正丙酯、乙醚中的一種以上。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有反應基或官能團的物質為選自噻吩、甲基丙烯酸甲酯、苯胺、聚吡咯、偏二氟乙烯、3，4_乙撐二氧基噻吩、丙烯酰胺、氟化乙烯基苯酚、乙烯吡咯烷酮、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)中的任意一種以上。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二有機溶劑為選自蒸餾水、乙醇、 異丙醇、甲醇、乙醚、氯乙烷、乙腈、丙酮、三氯甲烷、甲基乙基酮、甲苯、二甲苯、丙醇、醋酸正丙酯中的任意一種以上。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合反應使用選自三氯化鐵、三氯化鋁、鋁化合物、三價鉻化合物、有機金屬化合物、過硫酸銨、過氧化苯甲酰、雜多酸催化劑、過硼酸鈉、齊格勒-納塔催化劑中的任意一種以上，通過照射10分鐘-100小時20kHz-400kHz 的超聲波而實現。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，通過具有多種反應基或官能團的高分子納米復合材料的氣孔內、外的反應基或官能團與選自以化合物形式或原子形式存在的Pt、 Pd、Ag、Au、Ni、Fe、Mn、Cr、Ru、Rh、Mo、Ir、Re、W、Al、Mg、Na、K、Ca 中的任意一種以上進行共價或取代反應，所述具有多種反應基或官能團的高分子納米復合材料可作為藥物載體、催化劑或吸附劑來使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及高分子納米復合材料的制備方法，上述材料含有多種反應基或官能團，更具體地說，該方法包括以下步驟將含氣孔的固體材料在常溫、常壓下真空干燥；在反應器中，向上述經過真空干燥的固體材料添加第一有機溶劑，使用超聲波振動器將第一有機溶劑分散到固體材料的氣孔中并去除空氣，使固體材料的表面被乙腈浸濕；相對于反應器內的固體材料和第一有機溶劑的混合物重量，添加一定量含反應基或官能團的物質，并攪拌；向反應器內加入聚合催化劑，并進行混合、聚合反應；聚合反應結束后，通過使用第二有機溶劑過濾和洗滌，以從產物中去除聚合催化劑及未反應的具有反應基或官能團的物質；以及，通過干燥從其中除去聚合催化劑及未反應的具有反應基或官能團的物質后的產物以便從產物中去除第二有機溶劑。
文檔編號B01J20/285GK102170966SQ200980139511
公開日2011年8月31日 申請日期2009年11月4日 優(yōu)先權日2009年9月15日
發(fā)明者帕柯雅拉斯密·瑪爾侃丹, 張鉉泰, 李和塋, 李宙保, 李志胤, 李成勇, 車旺錫, 阿奴拉達·拉瑪尼 申請人:韓瑞大學校 產學協(xié)力團