[發(fā)明專利]高效過(guò)濾器及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911103200.9
• 申請(qǐng)日: 2019-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110743315A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海莒納新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): B01D53/04
• 分類號(hào): B01D53/04;B01D53/22;B01D15/08;B01D61/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種高效過(guò)濾器及其制備方法，該過(guò)濾器包括：碳納米管陣列，由均勻負(fù)載有富氨基改性劑的碳納米管組成；多孔支撐架，位于碳納米管陣列頂部和底部；所述碳納米管的內(nèi)徑對(duì)準(zhǔn)多孔支撐架的第一孔洞，使得碳納米管的內(nèi)徑和多孔支撐架的第一孔洞連通于外界，從而形成第一通道；碳納米管的兩端與多孔支撐架固定連接；以及，封裝外殼，連接碳納米管陣列頂部和底部的多孔支撐架，將碳納米管陣列封裝于其中。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了富氨基改性劑與碳納米管的化學(xué)鍵合以及提高了富氨基改性劑在碳納米管上負(fù)載的數(shù)量，進(jìn)一步提高吸附過(guò)濾效果，并且過(guò)濾器的厚度可調(diào)諧，使用靈活，范圍廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及過(guò)濾技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效過(guò)濾器及其制備方法。

背景技術(shù)

以二氧化碳為主溫室氣體的大量排放加速了全球氣候變暖的趨勢(shì)，造成生態(tài)破壞。因此，人們大量研究去除二氧化碳的材料。目前已經(jīng)有多種二氧化碳去除的技術(shù)，但是，仍然存在著多種問(wèn)題。

常規(guī)的二氧化碳去除方式有：物理吸附和化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附有金屬化合物吸收法、醇胺溶液吸收法、分子篩變壓吸附法、固態(tài)胺吸附法等。金屬化合物吸收法利用金屬氧化物堿性性質(zhì)來(lái)吸收酸性的二氧化碳，同時(shí)生成碳酸氫鹽，然后在高溫下逆向反應(yīng)實(shí)現(xiàn)再生。由于需要在高溫條件下合成和再生，能耗比較大，且在極端低溫和高壓條件下二氧化碳的吸收能力會(huì)下降。醇胺溶液吸收法屬于化學(xué)吸收，在低溫下吸收二氧化碳，在高溫下放出二氧化碳。然而，醇胺溶液吸收法存在毒性大、效率低、再生能耗高等問(wèn)題，且對(duì)于二氧化碳濃度低于0.5％將很難吸收，氧氣的存在還會(huì)造成吸收液中溶劑的降解，其降解產(chǎn)物易造成容器的腐蝕。分子篩變壓吸附法通過(guò)變壓或變溫的方式實(shí)現(xiàn)再生，該方法仍存在的問(wèn)題是，再生循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，分子篩的親水性強(qiáng)，吸濕后易失效，需要在吸附床前增加干燥裝置愛(ài)，從而增加了床重和流動(dòng)阻力，造成清除系統(tǒng)的等效重量和能耗比變大；對(duì)氧氣和氮?dú)庥幸欢ǖ奈侥芰?，從而給分離帶來(lái)一定款納；由于分子篩的吸附能力取決于二氧化碳的分壓，難以實(shí)現(xiàn)低濃度的二氧化碳吸附。固態(tài)胺吸附法通過(guò)嫁接、浸漬等手段在多孔材料基底上引入有機(jī)胺，固態(tài)胺與二氧化碳可逆形成氨基甲酸鹽或者碳酸氫鹽，并且通過(guò)加熱或真空實(shí)現(xiàn)可逆再生，固態(tài)胺吸附具有很多優(yōu)勢(shì)，例如，再生能耗低，吸附容量大，選擇性高，易操作等。因此，受到廣泛關(guān)注和研究。

現(xiàn)有的固態(tài)胺吸附材料主要有，采用氨基硅烷對(duì)二氧化硅載體表面進(jìn)行改性的二氧化碳吸附材料，以PMMS聚合物為基底的固態(tài)胺材料，由于聚合物基底的比表面積小，面臨著組裝成本高、體積大的缺點(diǎn)，同時(shí)由于聚合物基底的熱熔和導(dǎo)熱速率低，使得吸附劑在吸附和脫附過(guò)程中傳熱受到限制。并且，現(xiàn)有二氧化硅載體或聚合物載體的厚度均受到材料本身的限制，最終制備的器件厚度不可調(diào)，導(dǎo)致器件性能不可調(diào)諧的問(wèn)題產(chǎn)生。

因此，開(kāi)發(fā)新的具有大比表面積、制作簡(jiǎn)單、導(dǎo)熱性好的多孔材料成為新研究方向。目前，關(guān)注較多的多孔材料基底有沸石、活性炭、碳納米管、介孔分子篩、纖維、聚合物、硅膠等。碳納米管作為新一代的碳功能材料，有著管徑均一、比表面積大、導(dǎo)熱性好、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。將氨基改性的碳納米管用于二氧化碳吸附具有很好的吸附選擇性和導(dǎo)熱率。

然而，目前對(duì)氨基改性碳納米管用于二氧化碳吸附的研究主要關(guān)注的是在其表面引入氨基官能團(tuán)以提高二氧化碳吸附效果，而忽視碳納米管本身結(jié)構(gòu)及其表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)氨基改性效果和二氧化碳效果的影響，從而造成現(xiàn)有的氨基改性碳納米管的二氧化碳過(guò)濾效果并不理想，這是亟需解決的問(wèn)題之一。

而且，目前的方法有浸漬法和嫁接法，浸漬法得到的有機(jī)胺分布不均勻，還會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，利用率不高，甚至?xí)氯椎溃趸嫉膫髻|(zhì)受到限制，由于有機(jī)胺通過(guò)分子間作用力吸附在載體表面，而穩(wěn)定性不高，隨著再生次數(shù)的增加，吸附劑的吸附性能會(huì)因有機(jī)胺的揮發(fā)或分解而逐漸下降。嫁接法雖然熱穩(wěn)定性好、可以高度分散在載體表面，但是由于載體表面的含氧官能團(tuán)的數(shù)量有限，引入的氨基基團(tuán)總量也有限，導(dǎo)致嫁接法得到的吸附材料的吸附量降低。

因此，如何將氨基官能團(tuán)有效牢固分散于碳納米管表面且數(shù)量不受含氧官能團(tuán)的限制，提高吸附量，是亟需解決的另一個(gè)問(wèn)題。