[發明專利]一種嫁接改性的硅基固態胺二氧化碳吸附材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410141106.3
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103920463A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 蔣建國;李凱敏;田思聰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J2/30;B01D53/81;B01D53/62
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及二氧化硅的表面化學改性技術領域，具體涉及一種嫁接改性的硅基固態胺二氧化碳吸附材料的制備方法。

背景技術

大量的科學研究表明大氣中二氧化碳濃度的增加是導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達到了393ppm，比工業化前（1750之前）的水平增加了41%。為了有把握實現把全球的平衡溫度上升控制在2-2.4℃內，人類必須加快二氧化碳減排的步伐。但是隨著經濟的發展，人類對能源的需求將會進一步的增加，而且化石能源在未來的幾十年仍將是人類的最主要的能源，這就意味著二氧化碳的排放將會繼續的增加。在2010年，與人類能源消耗直接相關的二氧化碳的排放量為312億噸，預計到2020年將達到364億噸，到2040年講達到455億噸。所以人類面領著巨大的二氧化碳減排壓力。對于中國，做為世界上最大的發展中國家以及全球第一大二氧化碳排放國，應該說在未來將面領著來自國家的巨大的壓力，所以二氧化碳的減排對于我國來說具有著重要的意義。

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）的燃燒所產生的煙氣的排放造成的，特別是鋼鐵廠、火力發電廠、水泥廠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，開發二氧化碳捕集材料，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。

目前在工業中應用較為廣泛的二氧化碳捕集技術是利用有機胺的水溶液捕集二氧化碳，但是該技術存在一系列的缺點。有機胺的水溶液在使用過程中存在有機胺的氧化分解、吸附設備的腐蝕問題，特別是在二氧化碳的解吸過程中，需要將大量的水進行加熱，這使得利用有機胺的水溶液吸附二氧化碳這項技術的能耗非常的高，這在一定程度上影響這項技術的使用。因此開發一種高效、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是非常重要的。

在各種固體吸附技術中，有機胺與二氧化硅的復合材料是一種非常具有應用前景的技術。該類吸附材料效率高、容易操作、能耗低而且不易對設備造成腐蝕。利用后期嫁接的方式將有機胺嫁接到二氧化硅表面是該類材料中非常重要的一種制備方式。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種嫁接改性的硅基固態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定性，以及較高的傳質效率，能夠比較高效地對二氧化碳進行捕集。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種嫁接改性的硅基固態胺二氧化碳吸附材料的制備方法，包括以下步驟：

將二氧化硅在110℃下干燥2―3個小時，稱取10g二氧化硅加入到反應器中,然后再加入200ml干燥的甲苯，將反應器放入油浴鍋中并固定，將回流冷凝器與反應器連接好，同時將磁力攪拌器轉子放入反應器中，然后向反應器中通入氮氣以將反應器中的空氣排出，再將反應器密封，對其進行勻速攪拌并加熱到90℃，待溫度穩定在90℃后，將4ml二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷加入到反應器中，且保持勻速攪拌，讓上述反應在90℃下進行6個小時，待反應完成后，將所合成的材料進行過濾并用100ml無水乙醇沖洗兩次，然后在真空干燥箱中80℃干燥12個小時后即可，烘箱內氣壓<1mm?Hg。

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。

四種類型的二氧化硅的一些特性列于如下表中：

四種二氧化硅的一些性質參數

本發明的有益效果：

一種嫁接改性的硅基固態胺二氧化碳吸附材料的制備方法，是將胺基含量高的硅烷偶聯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，利用硅烷偶聯劑中的甲氧基與二氧化硅基體上的羥基之間的化學反應，在兩者之間形成牢固的硅氧硅鍵，從而將硅烷偶聯劑牢固地嫁接到二氧化硅的表面，從而合成穩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定性，以及較高的傳質效率，能夠比較高效地對二氧化碳進行捕集。

本發明中所使用的硅烷偶聯劑為二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷，其分子結構如下：

該硅烷偶聯劑含有一分子的伯胺和兩分子的仲胺，在干燥的的條件下每分子的該硅烷偶聯劑能夠吸附1.5分子的二氧化碳，如果煙氣中存在有一定量的蒸汽的話，則一分子的該硅烷偶聯劑能捕集3分子的二氧化碳，化學反應方程式如下：

具體實施方式