[發(fā)明專利]一種用于碳捕集的纖維素基多孔材料的制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211476492.2
• 申請(qǐng)日: 2022-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN115845810A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李瑩瑩;陳新杰;林堅(jiān);孫慶豐;王友青;馮穎萱;田林平;柴浩;朱文杰;王漢偉;楊玉山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江農(nóng)林大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/24
• 分類號(hào): B01J20/24;B01J20/26;B01J20/28;B01J13/00;B01D53/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種用于碳捕集的纖維素基多孔材料的制備方法和應(yīng)用，它涉及一種纖維素基多孔材料的制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有多孔固體捕集二氧化碳存在孔道堵塞、吸附量低、重復(fù)利用率低、不穩(wěn)定和制備過(guò)程污染環(huán)境，威脅人體健康的問(wèn)題。方法：一、制備纖維素水溶液；二、制備環(huán)氧功能化聚乙烯亞胺；三、制備纖維素基多孔材料。一種用于碳捕集的纖維素基多孔材料用于捕集碳。本發(fā)明制備的用于碳捕集的纖維素基多孔材料具有多孔結(jié)構(gòu)和149.5m²/g的大比表面積，二氧化碳吸附能力好，在298k、1bar條件下二氧化碳吸附量可達(dá)6.45mmol/g。本發(fā)明可獲得一種用于碳捕集的纖維素基多孔材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種纖維素基多孔材料的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，在二氧化碳捕集過(guò)程中，液體吸收和物理吸附因?yàn)槔寐什桓摺⑽廴经h(huán)境等問(wèn)題應(yīng)用受到限制，將氨基硅烷、有機(jī)胺等引入大表面積多孔固體中是一種很有前途的CO₂吸附劑制備方法，但是仍存在缺點(diǎn)：

1、孔道堵塞：多孔材料改性后，氨基等活性材料會(huì)在孔道內(nèi)大量聚集導(dǎo)致孔道堵塞，比表面積降低，減少了二氧化碳分子的可及性，進(jìn)而導(dǎo)致吸附二氧化碳能力降低。

2、吸附量低：由于氨基聚集孔道堵塞，降低了同二氧化碳分子的接觸面積，并且大量聚集后反應(yīng)活性位點(diǎn)減少，導(dǎo)致吸附量低。

3、重復(fù)利用率低：吸附劑需要多次使用，但是氨基改性后的多孔材料吸附后再脫附會(huì)損失活性氨基，導(dǎo)致捕獲二氧化碳的能力降低，不能多次利用。

4、不穩(wěn)定：傳統(tǒng)的浸漬或接枝改性多孔材料，氨基會(huì)附在表面，不穩(wěn)定易脫落，可反應(yīng)的活性點(diǎn)少，還會(huì)聚集在表面阻礙二氧化碳分子進(jìn)入，降低吸附量。

5、制備過(guò)程使用部分溶劑會(huì)揮發(fā)或降解出有毒物質(zhì)，污染環(huán)境，威脅人體健康。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有多孔固體捕集二氧化碳存在孔道堵塞、吸附量低、重復(fù)利用率低、不穩(wěn)定和制備過(guò)程污染環(huán)境，威脅人體健康的問(wèn)題，而提供一種用于碳捕集的纖維素基多孔材料的制備方法和應(yīng)用。

一種用于碳捕集的纖維素基多孔材料的制備方法，是按以下步驟完成的：

一、制備纖維素水溶液：

將纖維素粉溶于氫氧化鈉/尿素水溶液中，再冷凍，取出后解凍，得到纖維素水溶液；

二、制備環(huán)氧功能化聚乙烯亞胺：

將聚乙烯亞胺溶于蒸餾水中，得到聚乙烯亞胺溶液；向聚乙烯亞胺溶液中加入1,2-環(huán)氧丁烷，室溫?cái)嚢瑁玫江h(huán)氧功能化聚乙烯亞胺溶液；

三、制備纖維素基多孔材料：

①、將環(huán)氧氯丙烷和環(huán)氧功能化聚乙烯亞胺溶液在攪拌條件下分別滴加到纖維素水溶液中，攪拌均勻；得到混合液；

②、將混合液進(jìn)行冷凍，取出后解凍；

③、循環(huán)步驟三②5次～6次，得到纖維素凝膠；

④、使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～2％的乙酸溶液將纖維素凝膠中和至中性，再冷凍干燥，得到用于碳捕集的纖維素基多孔材料。

一種用于碳捕集的纖維素基多孔材料用于捕集碳。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

一、改善孔徑：本發(fā)明通過(guò)對(duì)有機(jī)胺進(jìn)行改性，并添加交聯(lián)劑，氨基均勻的分布在纖維素基質(zhì)上，改善了負(fù)載后氨基大量聚集導(dǎo)致孔道堵塞的問(wèn)題，并且形成了微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，比表面積提高，增加二氧化碳分子的可及性，提高吸附量；

二、吸附量高：本發(fā)明保持了大比表面積與多孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)有效的氨基負(fù)載增加更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，物理吸附和化學(xué)吸附共同作用，從而大幅提高了樣品的吸附能力；