[發明專利]一種用于二氧化碳吸附的多孔納米纖維材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710215890.1
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN106925237A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 王先鋒;張宇菲;關霽銘;丁彬;俞建勇
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02;D06M15/61;D06M13/358;D06M101/28;D06M101/20;D06M101/24
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩,王婧

技術領域

本發明涉及一種用于二氧化碳吸附的多孔納米纖維材料及其制備方法，屬于二氧化碳吸附技術領域。

背景技術

近年來，全球變暖是人類面臨的重大環境問題之一，也是21世紀人類面臨的嚴峻挑戰之一。全球變暖的罪魁禍首溫室氣體中的二氧化碳排放量尤為顯著，是造成溫室效應的最主要氣體。因此，二氧化碳的捕集、利用與封存被認為是解決二氧化碳減排問題的關鍵舉措并逐漸成為科學界的研究熱點。其中，吸附分離捕集技術具有效率高、能耗低、吸脫附循環穩定等優點，已成為最具發展潛力的二氧化碳捕集技術之一。

開發新型吸附材料是碳捕集技術的關鍵。目前，大量研究的吸附材料主要有：利用化學吸附的沸石分子篩、基于物理吸附的多孔碳材料以及具有超高比表面積的金屬有機框架等材料。上述多孔材料雖具有一定的二氧化碳吸附性能，但其均以顆粒形式存在，在燃煤電廠煙道氣的特定環境下使用時，存在易粉化、吸附量和吸脫附循環性能迅速降低以及使用后難以分離回收的缺陷，限制了其可操作性和實際應用性能。多孔納米纖維材料以其連續性好、孔道結構豐富和具有一定的比表面積等結構優勢，可有效克服顆粒材料因其結構不連續性和易粉化所帶來的應用缺陷，在二氧化碳吸附領域表現出巨大的應用潛力。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于二氧化碳吸附的多孔納米纖維材料及其制備方法，以解決上述顆粒狀多孔材料在使用過程中普遍存在易粉化、吸附量和吸脫附循環性能迅速降低的問題。

為了達到上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種用于二氧化碳吸附的多孔納米纖維材料，其特征在于，包括多孔納米纖維，所述的多孔納米纖維經水解后與含氨基化合物或聚合物進行水熱反應，得到用于二氧化碳吸附的多孔納米纖維材料。

本發明還提供了上述的用于二氧化碳吸附的多孔納米纖維材料的制備方法，其特征在于，包括：

步驟1：制作多孔納米纖維；

步驟2：配制含有質量分數為60～78％無水乙醇、20～30％去離子水和2～20％氫氧化鈉的混合溶液，將多孔納米纖維浸入上述混合溶液中，在70～100℃下水浴加熱反應5～15min，將反應后的纖維在0.05～0.15mol/L鹽酸中浸泡2～10min后用去離子水洗滌至中性，50～70℃下烘干，得到水解多孔納米纖維；

步驟3：將水解多孔納米纖維置于質量分數為5～50％的含氨基化合物或聚合物的水溶液中，在80～100℃條件下水熱反應3～6h后取出，用去離子水洗滌至中性，50～70℃下烘干，制得用于二氧化碳吸附的多孔納米纖維材料。

優選地，所述的多孔納米纖維的孔徑為5～50nm，孔隙率為80～95％。

優選地，所述的多孔納米纖維的制備方法包括：

第一步：在室溫下，在攪拌釜中將紡絲用的至少一種水溶性聚合物和至少一種非水溶性聚合物攪拌溶解于溶劑中，得到質量分數為8～40％的電紡原料，將得到的電紡原料加入到靜電紡絲裝置中進行靜電紡絲，得到復合納米纖維模板材料；

第二步：將第一步得到的復合納米纖維模板材料置于水熱反應釜中，加入去離子水，在80～120℃下水熱反應6～12h，以去除復合納米纖維模板材料中所含的水溶性聚合物，50～70℃下烘干，得到多孔納米纖維。

優選地，所述第一步中的攪拌速度為100～2500r/min，攪拌時間為8～24h。

優選地，所述第一步中的靜電紡絲條件為：靜電壓為15～40kV，注射泵流速為0.5～4mL/h，噴絲頭距接收屏距離為8～30cm。

優選地，所述的水溶性聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚環氧乙烷、聚丙烯酸、聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乳酸、聚己內酯、聚羥基乙酸、聚羥基鏈烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丙烯酸樹酯、羧甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、聚馬來酸酐、聚季胺鹽、聚氨基酸中的一種或兩種以上的混合物。

優選地，所述的非水溶性聚合物為聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、聚吡咯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚偏二氟乙烯中的一種或兩種以上的混合物。