一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法，將胺基含量高的硅烷偶聯(lián)劑二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷利用后期嫁接改性的方式分別嫁接到四種類(lèi)型的二氧化硅基體上以合成固體吸附材料，并將其用于二氧化碳的吸附，利用硅烷偶聯(lián)劑中的甲氧基與二氧化硅基體上的羥基之間的化學(xué)反應(yīng)，在兩者之間形成牢固的硅氧硅鍵，從而將硅烷偶聯(lián)劑牢固地嫁接到二氧化硅的表面，從而合成穩(wěn)定的二氧化碳吸附材料，利用該方式制備的吸附材料具有良好的熱穩(wěn)定性，以及較高的傳質(zhì)效率，能夠比較高效地對(duì)二氧化碳進(jìn)行捕集。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二氧化硅的表面化學(xué)改性【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大量的科學(xué)研究表明大氣中二氧化碳濃度的增加是導(dǎo)致全球氣候變暖的最主要的原因，到2012年大氣中二氧化碳的濃度已經(jīng)達(dá)到了 393ppm，比工業(yè)化前(1750之前)的水平增加了 41%。為了有把握實(shí)現(xiàn)把全球的平衡溫度上升控制在2-2.4°C內(nèi)，人類(lèi)必須加快二氧化碳減排的步伐。但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源的需求將會(huì)進(jìn)一步的增加，而且化石能源在未來(lái)的幾十年仍將是人類(lèi)的最主要的能源，這就意味著二氧化碳的排放將會(huì)繼續(xù)的增加。在2010年，與人類(lèi)能源消耗直接相關(guān)的二氧化碳的排放量為312億噸，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到364億噸，到2040年講達(dá)到455億噸。所以人類(lèi)面領(lǐng)著巨大的二氧化碳減排壓力。對(duì)于中國(guó)，做為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家以及全球第一大二氧化碳排放國(guó)，應(yīng)該說(shuō)在未來(lái)將面領(lǐng)著來(lái)自國(guó)家的巨大的壓力，所以二氧化碳的減排對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)具有著重要的意義。
[0003]大氣中的二氧化碳的濃度的增加的主要原因是由于化石燃料(煤炭、石油、天然氣等)的燃燒所產(chǎn)生的煙氣的排放造成的，特別是鋼鐵廠(chǎng)、火力發(fā)電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)等固定電源排放大量的二氧化碳排。因此，為了減少二氧化碳的排放，開(kāi)發(fā)二氧化碳捕集材料，從煙氣中直接捕集二氧化碳是目前最直接有效的二氧化碳減排手段。
[0004]目前在工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的二氧化碳捕集技術(shù)是利用有機(jī)胺的水溶液捕集二氧化碳，但是該技術(shù)存在一系列的缺點(diǎn)。有機(jī)胺的水溶液在使用過(guò)程中存在有機(jī)胺的氧化分解、吸附設(shè)備的腐蝕問(wèn)題，特別是在二氧化碳的解吸過(guò)程中，需要將大量的水進(jìn)行加熱，這使得利用有機(jī)胺的水溶液吸附二氧化碳這項(xiàng)技術(shù)的能耗非常的高，這在一定程度上影響這項(xiàng)技術(shù)的使用。因此開(kāi)發(fā)一種高效、低能耗、低成本且容易使用的固體吸附材料以替代液胺技術(shù)是非常重要的。
[0005]在各種固體吸附技術(shù)中，有機(jī)胺與二氧化硅的復(fù)合材料是一種非常具有應(yīng)用前景的技術(shù)。該類(lèi)吸附材料效率高、容易操作、能耗低而且不易對(duì)設(shè)備造成腐蝕。利用后期嫁接的方式將有機(jī)胺嫁接到二氧化硅表面是該類(lèi)材料中非常重要的一種制備方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法，制備的吸附材料具有良好的熱穩(wěn)定性，以及較高的傳質(zhì)效率，能夠比較高效地對(duì)二氧化碳進(jìn)行捕集。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0008]一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法，包括以下步驟:
[0009]將二氧化硅在110°C下干燥2 — 3個(gè)小時(shí)，稱(chēng)取IOg 二氧化硅加入到反應(yīng)器中，然后再加入200ml干燥的甲苯，將反應(yīng)器放入油浴鍋中并固定，將回流冷凝器與反應(yīng)器連接好，同時(shí)將磁力攪拌器轉(zhuǎn)子放入反應(yīng)器中，然后向反應(yīng)器中通入氮?dú)庖詫⒎磻?yīng)器中的空氣排出，再將反應(yīng)器密封，對(duì)其進(jìn)行勻速攪拌并加熱到90°C，待溫度穩(wěn)定在90°C后，將4ml 二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷加入到反應(yīng)器中，且保持勻速攪拌，讓上述反應(yīng)在90°C下進(jìn)行6個(gè)小時(shí)，待反應(yīng)完成后，將所合成的材料進(jìn)行過(guò)濾并用100mL無(wú)水乙醇沖洗兩次，然后在真空干燥箱中80°C干燥12個(gè)小時(shí)后即可，烘箱內(nèi)氣壓〈1mm Hg。
[0010]所述的二氧化硅為沉淀法納米二氧化硅、氣相法納米二氧化硅、MCM-41或200-300目的硅膠。
[0011]四種類(lèi)型的二氧化硅的一些特性列于如下表中:
[0012]四種二氧化硅的一些性質(zhì)參數(shù)
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將二氧化硅在110°C下干燥2— 3個(gè)小時(shí)，稱(chēng)取IOg 二氧化硅加入到反應(yīng)器中，然后再加入200ml干燥的甲苯，將反應(yīng)器放入油浴鍋中并固定，將回流冷凝器與反應(yīng)器連接好，同時(shí)將磁力攪拌器轉(zhuǎn)子放入反應(yīng)器中，然后向反應(yīng)器中通入氮?dú)庖詫⒎磻?yīng)器中的空氣排出，再將反應(yīng)器密封，對(duì)其進(jìn)行勻速攪拌并加熱到90°C，待溫度穩(wěn)定在90°C后，將4ml 二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷加入到反應(yīng)器中，且保持勻速攪拌，讓上述反應(yīng)在90°C下進(jìn)行6個(gè)小時(shí)，待反應(yīng)完成后，將所合成的材料進(jìn)行過(guò)濾并用100mL無(wú)水乙醇沖洗兩次，然后在真空干燥箱中80°C干燥12個(gè)小時(shí)后即可，烘箱內(nèi)氣壓〈1mm Hg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法，其特征在于:所述的二氧化硅為沉淀法納米二氧化硅、氣相法納米二氧化硅、MCM-41或200-300目的硅膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將沉淀法二氧化硅在110°C下干燥2 — 3個(gè)小時(shí)，稱(chēng)取IOg經(jīng)過(guò)干燥的沉淀法二氧化硅并將其加入到250ml的三口燒瓶中，然后向燒瓶中加入200ml干燥的甲苯，將燒瓶放入油浴鍋中并固定，將回流冷凝器與燒瓶連接好，同時(shí)將磁力攪拌器轉(zhuǎn)子放入燒瓶中，然后向燒瓶中通入氮?dú)庖詫恐械目諝馀懦?，然后將燒瓶密封，?duì)其進(jìn)行勻速攪拌并加熱到90°C，待溫度穩(wěn)定在90°C后，將4ml 二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷加入到燒瓶中，且保持勻速攪拌，讓上述反應(yīng)在90°C下進(jìn)行6個(gè)小時(shí)，待反應(yīng)完成后，將所合成的材料進(jìn)行過(guò)濾并用100mL無(wú)水乙醇沖洗兩次，然后在真空干燥箱中80°C干燥12個(gè)小時(shí)即可，烘箱內(nèi)氣壓〈1mmHg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將氣相法二氧化硅在110°C下干燥2 — 3個(gè)小時(shí)，稱(chēng)取5g經(jīng)過(guò)干燥的氣相法二氧化硅并將其加入到250ml的三口燒瓶中，然后向燒瓶中加入100mL干燥的甲苯，將燒瓶放入油浴鍋中并固定，將回流冷凝器與燒瓶連接好，同時(shí)將磁力攪拌器轉(zhuǎn)子放入燒瓶中，然后向燒瓶中通入氮?dú)庖詫恐械目諝馀懦?，然后將燒瓶密封，?duì)其進(jìn)行勻速攪拌并加熱到90°C，待溫度穩(wěn)定在90°C后，將2ml 二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷加入到燒瓶中，且保持勻速攪拌，讓上述反應(yīng)在90°C下進(jìn)行6個(gè)小時(shí)，待反應(yīng)完成后，將所合成的材料進(jìn)行過(guò)濾并用100mL無(wú)水乙醇沖洗兩次，然后在真空干燥箱中80°C干燥12個(gè)小時(shí)即可，烘箱內(nèi)氣壓〈1mmHg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將MCM-41在110°C下干燥2— 3個(gè)小時(shí)，稱(chēng)取IOg經(jīng)過(guò)干燥的MCM-41并將其加入到250ml的三口燒瓶中，然后向燒瓶中加入200ml干燥的甲苯，將燒瓶放入油浴鍋中并固定，將回流冷凝器與燒瓶連接好，同時(shí)將磁力攪拌器轉(zhuǎn)子放入燒瓶中，然后向燒瓶中通入氮?dú)庖詫恐械目諝馀懦?，然后將燒瓶密封，?duì)其進(jìn)行勻速攪拌并加熱到90°C，待溫度穩(wěn)定在90°C后，將4ml 二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷加入到燒瓶中，且保持勻速攪拌，讓上述反應(yīng)在90 V下進(jìn)行6個(gè)小時(shí)，待反應(yīng)完成后，將所合成的材料進(jìn)行過(guò)濾并用100mL無(wú)水乙醇沖洗兩次，然后在真空干燥箱中80°C干燥12個(gè)小時(shí)即可，烘箱內(nèi)氣壓〈1mm Hg。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嫁接改性的硅基固態(tài)胺二氧化碳吸附材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將200-300目的硅膠在110°C下干燥2 — 3個(gè)小時(shí)，稱(chēng)取10g經(jīng)過(guò)干燥的硅膠并將其加入到250ml的三口燒瓶中，然后向燒瓶中加入200ml干燥的甲苯，將燒瓶放入油浴鍋中并固定，將回流冷凝器與燒瓶連接好，同時(shí)將磁力攪拌器轉(zhuǎn)子放入燒瓶中，然后向燒瓶中通入氮?dú)庖詫恐械目諝馀懦?，然后將燒瓶密封，?duì)其進(jìn)行勻速攪拌并加熱到90°C，待溫度穩(wěn)定在90°C后，將4ml 二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷緩慢均勻的加入到燒瓶中，且保持勻速攪拌，讓上述反應(yīng)在90°C下進(jìn)行6個(gè)小時(shí)，待反應(yīng)完成后，將所合成的材料進(jìn)行過(guò)濾并用100mL無(wú)水乙醇沖洗兩次，然后在真空干燥箱中80°C干燥12個(gè)小時(shí)后即可，烘箱內(nèi)氣壓〈1mm Hg。
【文檔編號(hào)】B01J2/30GK103920463SQ201410141106
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】蔣建國(guó), 李凱敏, 田思聰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)