[發(fā)明專利]選擇性吸附二氧化碳的多孔聚合物吸附劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310662386.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN103657610A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉勤;孫林兵;石耀琦;劉定華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/26
• 分類號(hào): B01J20/26;B01J20/30;B01D53/02;C01B31/20
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 郭百濤;周海斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種選擇性吸附二氧化碳的多孔聚合物吸附劑、其制備方法、及該吸附劑的應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化碳是一種重要的化工生產(chǎn)原料，用途廣泛，大量用于生產(chǎn)純堿、小蘇打、尿素、碳酸氫銨、顏料鉛白等；在輕工業(yè)上，生產(chǎn)碳酸飲料、啤酒、汽水等都需要CO₂。然而，在另一方面，隨著近年來(lái)工業(yè)的迅速發(fā)展和地球人口的急劇增加，大氣中CO₂含量猛增，導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇，全球氣候變暖，兩極地區(qū)冰川融化，海平面升高，許多沿海城市、島嶼或者低洼地區(qū)將面臨海水上漲的威脅。

大量CO₂的排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的威脅，因此在天然氣提純時(shí)，在處理沼氣、煤氣、發(fā)酵氣、工業(yè)廢氣等時(shí)都需要從中分離出CO₂，此外還需要從煙道氣中脫除和回收CO₂氣體，從而盡量減少CO₂的排放。目前己有很多研究者在該領(lǐng)域作了大量研究。

目前，用于分離和提純CO₂的常用技術(shù)包括低溫精餾法、吸收法、膜分離法以及固體吸附法。其中，固體吸附法因其具備工藝簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備腐蝕性小、吸附劑回收再生能耗低等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今分離CO₂的主要方法。

在固體吸附法中，與一般的固體吸附劑如活性炭、分子篩、沸石不同，多孔聚合物吸附劑由于其可調(diào)配的孔結(jié)構(gòu)可引入功能基團(tuán)，能夠廣泛應(yīng)用于非均相催化、分離、氣體儲(chǔ)存等領(lǐng)域。

但是現(xiàn)有多孔聚合物吸附劑的制備方法都較為繁瑣，且需要一些昂貴的單體原料或催化劑。例如，文獻(xiàn)（Energy?Environ.Sci.,2011,4,3991–3999）報(bào)道的多孔聚合物吸附劑PAF-3需要雙-(1，5-環(huán)辛二烯)鎳催化劑，四(4-溴)苯硅烷單體，但是該催化劑價(jià)格昂貴，而單體四(4-溴)苯硅烷合成步驟繁多，且條件比較苛刻。再如，文獻(xiàn)（Angew.Chem.Int.Ed.,2007,46,8574–8578）報(bào)道的多孔聚合物吸附劑CMP-1制備過程中使用了昂貴的四三苯基膦鈀催化劑且合成過程復(fù)雜。這在很大程度制約了多孔聚合物吸附劑的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種選擇性吸附二氧化碳的多孔聚合物吸附劑，該吸附劑能有效選擇性吸附二氧化碳。

本發(fā)明還有以下目的：提供上述吸附劑的制備方法，該方法步驟簡(jiǎn)單，易于控制，實(shí)施方便；還提供上述吸附劑的應(yīng)用，以及上述吸附劑的再生方法。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：

一種選擇性吸附二氧化碳的多孔聚合物吸附劑，其特征是，由鹵化芐單體與伯胺類單體聚合而成；所述吸附劑的選擇吸附性能為：在常壓25℃下，所述吸附劑的CO₂/CH₄分離選擇性至少為8.68、且CO₂/N₂分離選擇性至少為108.72，或者在常壓0℃下，所述吸附劑的CO₂/CH₄分離選擇性至少為6.35、且CO₂/N₂分離選擇性至少為56.88。

本發(fā)明吸附劑進(jìn)一步完善的技術(shù)方案如下：

優(yōu)選地，所述鹵化芐單體至少為1,3,5-三氯甲基-2,4,6-三甲基苯、1,3,5-三溴甲基-2,4,6-三甲基苯、1,3,5-三氯甲基-2,4-間二甲苯、1,3,5-三氯甲基苯、1,3,5-三溴甲基苯之一；所述伯胺類單體至少為乙二胺、1,2-丙二胺、1,4-丁二胺、1,6-己二胺、1,4-環(huán)己二胺、對(duì)苯二胺之一；所述鹵化芐單體與伯胺類單體的摩爾比為1:0.5-2。

優(yōu)選地，所述吸附劑的選擇吸附性能為：在常壓25℃下，所述吸附劑的CO₂/CH₄分離選擇性為8.68-15.75、且CO₂/N₂分離選擇性為108.72-261.41，或者在常壓0℃下，所述吸附劑的CO₂/CH₄分離選擇性為6.35-10.24、且CO₂/N₂分離選擇性為56.88-128.61。

一種上述多孔聚合物吸附劑的制備方法，其特征是，包括以下步驟：

第一步、將鹵化芐單體與伯胺類單體溶解于有機(jī)溶劑中，并進(jìn)行聚合反應(yīng)；