一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩sba-15復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于離子液體固載化領(lǐng)域，具體涉及SO2捕集及儲存、煙氣SO2脫除等酸性氣體捕集領(lǐng)域，公開了一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明制備方法先合成雙硅氧烷離子液體，并通過溶膠-凝膠法合成有機(jī)-無機(jī)雜化材料，成功達(dá)到把雙硅氧烷離子液體錨定在分子篩SBA-15的孔壁中，制得一種富含微孔和介孔的雙硅氧烷離子液體雜化分子篩SBA-15復(fù)合材料，它作為一種固體化學(xué)吸附劑，除具備干法吸附的優(yōu)點(diǎn)外，還能在較高溫條件下快速高效脫除煙氣中的酸性氣體SO2。
【專利說明】—種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于離子液體固載化領(lǐng)域，具體涉及S02捕集及儲存(S02capture andstorage, SCS)、煙氣S02脫除等酸性氣體捕集領(lǐng)域,公開了一種雙娃氧燒離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]302作為大氣污染的一個(gè)重要成分，主要來源于化石燃料的大量燃燒排放，它引發(fā)的酸雨和煙霧現(xiàn)象已經(jīng)對全球環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重威脅，消除大氣中的so2已成為世界各國的關(guān)注的熱點(diǎn)。從煙道氣中捕集so2，不但能消除環(huán)境污染，同時(shí)so2作為工業(yè)上一種重要的化工原料，可以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和減少不可再生資源的使用。傳統(tǒng)的so2捕集方法分拋棄法和回收法，拋棄法中，例如占據(jù)重要地位的石灰石法，方法雖然簡單，但它產(chǎn)生大量的廢渣、廢液，造成二次污染?；厥辗ㄖ?，其中重要的一種方法是活性炭吸附來脫除酸性氣體，此法簡單，而且不產(chǎn)生二次污染，但其投資費(fèi)用高。因此，隨著現(xiàn)化科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)開發(fā)高效、可循環(huán)以及經(jīng)濟(jì)的so2捕集方法。
[0003]離子液體由于它可忽略的蒸汽壓、可調(diào)結(jié)構(gòu)、高化學(xué)和熱穩(wěn)定性等特性廣泛應(yīng)于有機(jī)合成、吸附和分離等領(lǐng)域。近年來離子液體對so2的高效捕集又成為一大研究熱點(diǎn)，但由于離子液體的高粘度和難以回收等缺點(diǎn)限制了它在so2吸附領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。為了解決這些問題，研究人員提出了把離子液體錨定在載體上的觀點(diǎn)，而SBA-15擁有大的孔徑和比表面積，以及可控的孔大小和孔容，被認(rèn)定為最佳的負(fù)載離子液體的載體。
[0004]目前合成有機(jī)-無機(jī)材料的方法主要有后嫁接和溶膠-凝膠法，前者通常有離子液嫁接在材料表面和分布不均勻的不足，導(dǎo)致所得材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。與后嫁接法不同，溶膠-凝膠法是通過離子液體與介孔材料形成S1- C化學(xué)鍵而接入材料中，具有高的穩(wěn)定性并且不影響物質(zhì)在材料孔道時(shí)里的運(yùn)輸。因此選擇溶膠-凝膠法比后嫁接法更具優(yōu)越性。通常情況下能接入介孔硅基材料的離子液體均帶有硅氧基團(tuán)，其合成條件相對苛刻，如需要在微波輻射條件下。本發(fā)明優(yōu)化了離子液體的合成路線使其在實(shí)驗(yàn)室氛圍下就能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率。用溶膠-凝膠法將其負(fù)載在SBA-15上合成了一系列有機(jī)-無機(jī)雜化材料，在常壓和煙道氣溫度下進(jìn)行了 S02的吸附實(shí)驗(yàn)，研究表明適量的離子液體負(fù)載的雜化材料對302有優(yōu)異的吸附效果，且循環(huán)使用多次對雜化材料的吸附量沒有明顯影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法；
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法制備得到的雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料；
[0007]本發(fā)明的再一目的在于提供上述雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0010](1)在去離子水與鹽酸的混合液中加入模板劑，在30~45°C下攪拌使模板劑完全溶解，再滴加入3.08~4.4g正硅酸乙酯，攪拌5~20分鐘后滴加入0.01~3.23g雙硅氧烷離子液體，在30~45°C下攪拌反應(yīng)24~48小時(shí)；
[0011](2)將步驟(1)反應(yīng)所得物轉(zhuǎn)入聚四氟乙稀反應(yīng)釜中，在80°C~120°C下水熱晶化2d ；
[0012](3)將步驟(2)晶化后的所得物進(jìn)行抽濾操作，濾渣用蒸餾水進(jìn)行洗滌后，在80~150°C真空干燥處理；
[0013](4)將步驟(3)中干燥處理所得物進(jìn)行索氏提取，然后進(jìn)行真空干燥，得雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料。
[0014]優(yōu)選的，所述雙硅氧烷離子液體的制備步驟如下:
[0015](1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將0.01mol單質(zhì)Na加入10~30ml醇類溶劑中反應(yīng)制得醇類鈉，然后加入0.01mol咪唑，40~80°C中攪拌回流反應(yīng)1~3小時(shí)，得到咪唑鈉；
[0016](2)將(λ 01~(λ 02mol前驅(qū)體A與步驟(1)所得咪唑鈉混合，于60~90°C中攪拌回流反應(yīng)24~48小時(shí)，所得產(chǎn)物進(jìn)行固液分離過濾，在濾液中再加入0.01mol前驅(qū)體A和10~30ml無水乙醇，進(jìn)行攪拌回流反應(yīng)；其中，所述前驅(qū)體A的通式為X-R-Si (0Et)3或X-R-Si (0Mt)3，R為烷基取代基或帶有功能化基團(tuán)的烷基取代基，其碳鏈長度為2~4 ;X為Cl-.Br-或1-中的一種；
[0017](3)將步驟(2)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物用洗滌溶劑洗滌除去未反應(yīng)的原料，真空干燥或陰離子交換后得到雙硅氧烷離子液體；
[0018]其中，所述雙硅氧烷離子液體的結(jié)構(gòu)通式為[X-R-Si (0Et)3]2+Y2_或
[0019][X-R-Si (OMt) 3] 2+Y2, Y_ 為 Cl' Br\ I~、[BF4]' [PF6]'
【權(quán)利要求】
1.一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟:(1)在去離子水與鹽酸的混合液中加入模板劑，在30~45°C下攪拌使模板劑完全溶解，再滴加入3.08~4.4g正硅酸乙酯，攪拌5~20分鐘后滴加入0.01~3.23g雙硅氧烷離子液體，在30~45°C下攪拌反應(yīng)24~48小時(shí)；(2)將步驟(1)反應(yīng)所得物轉(zhuǎn)入聚四氟乙稀反應(yīng)釜中，在80°C~120°C下水熱晶化2d；(3)將步驟(2)晶化后的所得物進(jìn)行抽濾操作，濾渣用蒸餾水進(jìn)行洗滌后，在80~150°C真空干燥處理；(4)將步驟(3)中干燥處理所得物進(jìn)行索氏提取，然后進(jìn)行真空干燥，得雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述雙硅氧烷離子液體的制備步驟如下:(1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將0.01mol單質(zhì)Na加入10~30ml醇類溶劑中反應(yīng)制得醇類鈉，然后加入0.01mol咪唑，40~80°C中攪拌回流反應(yīng)1~3小時(shí)，得到咪唑鈉；(2)將0.01~0.02mol前驅(qū)體A與步驟(1)所得咪唑鈉混合，于60~90°C中攪拌回流反應(yīng)24~48小時(shí)，所得產(chǎn)物進(jìn)行固液分離過濾，在濾液中再加入0.01mol前驅(qū)體A和10~30ml無水乙醇，進(jìn)行攪拌回流反應(yīng)；其中，所述前驅(qū)體A的通式為X-R-Si(0Et)3*X-R-Si (0Mt)3，R為烷基取代基或帶有功能化基團(tuán)的烷基取代基，其碳鏈長度為2~4 ;X為Cl-.Br-或1-中的一種； (3)將步驟(2)反應(yīng)后所得的產(chǎn)物用洗滌溶劑洗滌除去未反應(yīng)的原料，真空干燥或陰離子交換后得到雙硅氧烷離子液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述雙硅氧烷離子液體的結(jié)構(gòu)通式為[X-R-Si (0Et)3]2X 或[X-R-Si (OMt)3]2+Y” 其中 1-為 Cl\ Br\ 1-、[BF4]' [PF6]\
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述雙硅氧烷離子液體的制備步驟的步驟(1)中所述醇類溶劑為甲醇或乙醇；所述雙硅氧烷離子液體的制備步驟的步驟(3)中所述洗滌溶劑為無水乙醚，所述真空干燥的溫度為50°C~65°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述雙硅氧烷離子液體的制備步驟如下:(1’)將0.01~0.02mol前驅(qū)體A’與前驅(qū)體B混合在無水乙醇溶劑中，于60~90°C中進(jìn)行攪拌回流反應(yīng)24~48小時(shí)；其中，所述前驅(qū)體A’的通式為X’ -R’ -Si(0Et)3*X’ -R’ -Si(0Mt)3，其中R’為烷基取代基或帶有功能化基團(tuán)的烷基取代基，其碳鏈長度為2~4，X’
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述雙硅氧烷離子液體的陰陽離子組成結(jié)構(gòu)通式為[X，-R，-Si(0Et)3m [X，-R，-Si(0Mt)3]2+Y2、其中
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述雙硅氧烷離子液體的制備步驟中步驟(3’)所述洗滌溶劑為無水乙醚，所述真空干燥的溫度為50°C~65°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述模板劑為P123，所述鹽酸的摩爾濃度為1.5~2.5mol/L,所述的雙硅氧烷離子液體與正硅酸乙酯的摩爾比為1:19~3:7。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的制備方法得到的雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙硅氧烷離子液體雜化介孔分子篩SBA-15復(fù)合材料在捕集酸性氣體中的應(yīng)用。
【文檔編號】B01D53/81GK103706330SQ201310713982
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】李雪輝, 肖利容, 張磊, 王芙蓉, 于英豪, 王樂夫 申請人:華南理工大學(xué)