吸附材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及凹凸棒粘土吸附劑的制備方法，具體涉及一種凹土基表面接枝聚丙烯酰胺的0)2吸附材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溫室效應(yīng)是全球最關(guān)心的環(huán)境問題之一，在所有溫室氣體中二氧化碳(CO2)對全球變暖影響最大。溫室效應(yīng)導(dǎo)致冰川融化、海平面上升、高溫以及風(fēng)暴等環(huán)境問題，從而引發(fā)干旱、物種滅絕以及破壞自然生態(tài)平衡等自然災(zāi)害。隨著工業(yè)和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，CO2排放量已經(jīng)遠遠超過植物光合作用消耗的CO 2量，這導(dǎo)致溫室效應(yīng)更加嚴重，給社會和經(jīng)濟帶來嚴重的負面影響。然而CO2也是一種人們廣泛關(guān)注的碳資源，它廣泛應(yīng)用于食品、石油、醫(yī)療衛(wèi)生和化工等領(lǐng)域，如CO2用于作為制冷劑保存蔬菜、生成碳酸飲料、合成尿素、甲醇等有機化工產(chǎn)品，也可作為滅火材料等。因此，開發(fā)出廉價高效的吸附劑和CO2捕集方法具有重要的經(jīng)濟和社會意義。
[0003]目前，對0)2捕集回收的方法主要有吸收法、低溫分離法、膜分離法和吸附法等，其中吸附法具有能耗低、吸附量大、設(shè)備簡單、操作方便、選擇性高、可應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，是頗具競爭力的CO2回收技術(shù)。而吸附材料的選擇與研制是吸附法分離CO2技術(shù)關(guān)鍵因素之一。凹凸棒粘土 [SisMg502。(OH)2(OH2)4.4H20]是一種不可多得的天然材料吸附劑，在我國蘇、皖等地儲量豐富，其中淮安地區(qū)的儲量約占全國總量70%，價格低廉、易開采。因此，開展凹凸棒粘土吸附性研究具有重要的意義。但是，凹凸棒粘土由于本身結(jié)構(gòu)的局限，使得其吸附選擇性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種凹土基表面接枝聚丙烯酰胺的CO2吸附材料的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，該吸附材料對C02吸附容量大、選擇性強。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:首先采用硅烷偶聯(lián)劑與凹凸棒粘土反應(yīng)，進行表面功能化，制得改性凹凸棒粘土 ；再將偶氮基團ACVA引發(fā)劑引入到改性凹凸棒粘土上，制得ATP/ACVA復(fù)合材料；最后將制得的ATP/ACVA復(fù)合材料與單體進行接枝共聚，制得帶有胺基官能團的復(fù)合吸附劑；具體步驟如下:
第一步驟:將凹凸棒粘土在105°C烘干，粉碎過200目；容器中加入3重量份烘干的凹凸棒粘土和100-150重量份有機溶劑，在攪拌過程中加入3-5重量份硅烷偶聯(lián)劑，40-45°C超聲波中反應(yīng)30-50分鐘；40-60°C磁力攪拌的恒溫油浴中再反應(yīng)3-5小時；反應(yīng)產(chǎn)物依次經(jīng)甲苯、無水乙醇和去離子水過濾、洗滌、干燥、粉碎，制得改性凹凸棒粘土；
第二步驟:將40-60ml 二氯甲烷和0.4-0.6ml三乙胺混合倒入圓底燒瓶中，再在圓底燒瓶中加入0.75-1.5g引發(fā)劑ACVA和l_2g改性凹凸棒粘土，將以上混合物在室溫攪拌6h混勻，用高純水和無水乙醇交替清洗過濾出固體物質(zhì)，室溫真空干燥4h以上，得到ACVA嫁接凹凸棒粘土記為ATP/ACVA復(fù)合材料； 第三步驟:將步驟二得到的ATP/ACVA復(fù)合材料與20-30mmo I功能單體AAM置于10-20ml溶劑中，再加入20-30mmol交聯(lián)劑，將以上混合物混勻并超聲脫氣10_20min，之后用惰性氣體吹掃10-20min置換出氧氣，密封60_80°C恒溫反應(yīng)24h，用洗脫溶劑清洗，干燥12h，得到凹土表面接枝聚丙烯酰胺吸附材料。
[0006]其中，第二步驟還可以是:將40_60ml甲苯倒入圓底燒瓶中，再在圓底燒瓶中加入0.75-1.5g引發(fā)劑ACVA和l_2g改性凹凸棒粘土，放于超聲波中助溶10-20分鐘，將以上混合物50-80°C水浴攪拌反應(yīng)4-6h混勻，用高純水和無水乙醇交替清洗過濾出固體物質(zhì)，室溫真空干燥4h以上，得到ACVA嫁接凹凸棒粘土記為ATP/ACVA復(fù)合材料。
[0007]其中，采用的硅烷偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0008]其中，第一步驟中采用的有機溶劑為甲苯或無水乙醇。
[0009]其中，采用的功能單體為丙烯酰胺。
[0010]其中，采用的交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)或N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺。
[0011]其中，惰性氣體為氮氣。
[0012]其中，第三步驟中采用的溶劑為乙腈。
[0013]其中，第三步驟中采用的洗脫溶劑為高純水。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(I)本發(fā)明制備的吸附劑表面含有能夠與CO2分子發(fā)生健和作用的氨基功能基團，吸附量大；該吸附劑對C02的吸附作用原理是:吸附劑表面具有的堿性氨基功能基團-ΝΗ2，能與酸性氣體C02在無水的條件下相互作用，N上的孤對電子進攻C02的C原子，C02的大鍵發(fā)生斷裂，與-ΝΗ2結(jié)合形成氨基甲酸中間體或_NH2+C00兩性離子，最終形成相對穩(wěn)定的C02化學(xué)吸附狀態(tài)，而在高溫下則發(fā)生可逆反應(yīng)，釋放出C02。
[0015](2)本發(fā)明的吸附劑使用了廉價的凹凸棒粘土，使復(fù)合吸附劑的成本大大降低。
[0016](3)本發(fā)明制備ACVA接枝凹凸棒粘土，反應(yīng)條件溫和，原料毒性小，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0017](4)本發(fā)明的吸附劑是高度交聯(lián)聚合物，抗壓強度和穩(wěn)定性較好，適于用作工業(yè)化生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2吸附劑。
[0018](5)該吸附劑具有較好的CO2吸附容量和吸附選擇性，孔徑結(jié)構(gòu)均勻，比表面積較大，粒徑可控制，再生能耗低，可多次重復(fù)使用，不會對環(huán)境造成二次污染，因此，具有傳統(tǒng)吸附劑所無法比擬的優(yōu)勢。
[0019](6)復(fù)合吸附劑制備步驟少，過程簡單，所用的試劑均為常規(guī)試劑、設(shè)備為基本設(shè)備，制備成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，對于減少CO2排放、減緩全球溫室效應(yīng)所帶來的氣候災(zāi)難具有很強的現(xiàn)實意義。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1、實施例3、實施例4的反應(yīng)示意圖；
圖2為實施例2、實施例5、實施例6的反應(yīng)示意圖；
圖3為吸附實驗裝置流程圖。
[0021]圖4為吸附劑的紅外光譜。
[0022]圖5為實施例1、實施例2、實施例4、實施例5對CO2的吸附量。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體的實施例，進一步詳細地描述本發(fā)明的技術(shù)方案。應(yīng)理解，這些實施例只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0024]實施例1:依以下步驟制備復(fù)合吸附劑
(1)將凹凸棒粘土在105°C烘干，粉碎過200目；容器中加入3g烘干的凹凸棒粘土和10ml有機溶劑甲苯，在攪拌過程中加入3ml硅烷偶聯(lián)劑γ -氨丙基三乙氧基硅烷，40°C放于超聲波中反應(yīng)50分鐘；40°C磁力攪拌的恒溫油浴中再反應(yīng)5小時；反應(yīng)產(chǎn)物依次經(jīng)甲苯、無水乙醇和去離子水過濾、洗滌，于105°C干燥、粉碎碾磨，制得改性凹凸棒粘土 ；
(2)將40ml二氯甲烷和0.4ml三乙胺混合倒入圓底燒瓶中，再在圓底燒瓶中加入0.75g引發(fā)劑ACVA和Ig改性凹凸棒粘土，將以上混合物室溫攪拌6h混勻，用高純水和無水乙醇交替清洗過濾出固體物質(zhì)，在室溫真空干燥4h以上，得到ACVA嫁接凹凸棒粘土記為ATP/ACVA ；
(3)將ATP/ACVA與20mmolAAM置于1ml溶劑乙腈中，再加入20mmoIEGDMA交聯(lián)劑，將以上混合物混勻并超聲脫氣lOmin，之后用N2吹掃1min置換出氧氣，密封后置于60°C恒溫反應(yīng)24h，用高純水清洗，干燥12h，得到凹土表面接枝聚丙烯酰胺吸附材料。
[0025]實施例2:依以下步驟制備復(fù)合吸附劑
(1)將凹凸棒粘土在105°C烘干，粉碎過200目；容器中加入3g烘干的凹凸棒粘土和150ml有機溶劑無水乙醇，在攪拌過程中加入4ml硅烷偶聯(lián)劑γ _縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，45°C放于超聲波中反應(yīng)40分鐘；在50°C磁力攪拌的恒溫油浴中反應(yīng)4小時；反應(yīng)產(chǎn)物依次經(jīng)甲苯、無水乙醇和去離子水過濾、洗滌，105°C干燥、粉碎碾磨，制得改性凹凸棒粘土 ;
(2)將50ml二氯甲烷和0.5ml三乙胺混合倒入圓底燒瓶中，再在圓底燒瓶中加入Ig引發(fā)劑ACVA和1.5g改性凹凸棒粘土，將以上混合物在室溫攪拌6h混勻，用高純水和無水乙醇交替清洗過濾出固體物質(zhì)，之后在室溫真空干燥4h以上，得到ACVA嫁接凹凸棒粘土記為ATP/ACVA ；
(3)將ATP/ACVA與25mmolAAM置于15ml溶劑乙腈中，再加入25mmoI N，N，-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑，將以上混合物混勻并超聲脫氣15min，之后用N2吹掃15min置換出氧氣，密封后置于70°C恒溫反應(yīng)24h，用高純水清洗，干燥12h，得到凹土表面接枝聚丙烯酰胺吸附材料。
[0026]實施例3:依以下步驟制備復(fù)合吸附劑
(1)將凹凸棒粘土在