[发明专利]一种负载化聚丙烯亚胺材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于化工材料和气体分离领域，具体涉及一种负载化聚丙烯亚胺材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着人类工业文明的兴起，酸性气体的排放引起了众多的环境问题，这些环境问题已经影响到人类生产生活的方方面面，也日益引起人们的关注。石化原料的开采及广泛利用，火力发电过程中煤炭的燃烧，城市汽车尾气的排放，以及农村麦秸秆等的焚烧，由此排放的CO₂ 、SO₂ 、H₂S等酸性气体侵蚀着环境，危害着我们的生活及人类健康。由于CO₂等主要温室气体的大量排放而引起的全球气候变暖问题引发了厄尔尼诺效应、冰山融化海平面上升、各种恶性气候灾害等一系列重大问题。而SO₂ 、H₂S等酸性气体的排放导致的酸雨问题对于农业生产、人类健康以及文物保护都有着无法估量的损失。我国作为一个产煤、燃煤大国，对CO₂ 、SO₂ 、H₂S等酸性气体的吸收/附与捕集，在环境保护、节能减排、提高原料利用率、减少设备腐蚀等方面都有着重要的意义。在 2009年召开的哥本哈根会议上，中国承诺在2020年将碳排放下降到40-45%，这对我国的传统的以化石原料为基础的支柱工业及酸性气体的捕集技术等都提出了新的挑战。

目前对于酸性气体的捕集与分离方法主要包括化学吸收法和物理吸附法。物理吸附法采用活性炭、沸石分子筛、硅胶等具有高比表面积的固体吸附剂进行吸附，吸收快速，能耗较低，但是总的来说吸附能力有限，处理量小，吸附选择性不高。而化学吸收法是目前被广泛采用的吸收方法，工艺也较为成熟。化学吸收法通常采用单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）和甲基二乙醇胺（MDEA）等含有伯胺、仲胺以及叔胺基团的吸收剂溶液，对酸性气体进行吸收，具有吸收快速、吸收容量大等优点。但是这些溶剂再生困难、能耗较大、容易降解，会造成吸收剂的损耗及设备的腐蚀。

近年来许多研究者对传统的有机胺溶液类酸性气体吸收剂进行了改性、共混，提高了原有的性能。申请号为200910244197.2的中国专利文献中将醇胺类化合物和甘醇类化合物混合配制成溶液，得到的吸收剂能够高效吸收CO₂，对设备腐蚀较小。申请号为201010152946.1的中国专利文献中在N-乙基乙醇胺溶液中添加了10wt%~40wt%的环丁砜组分，具有提高解吸效果和降低水的挥发量的作用。同时，很多研究小组尝试将各种有机胺浸渍到介孔材料中，利用介孔材料大孔容和高比表面积的特点来强化吸附过程的传质效果，提高吸附速度。这类吸附剂的研究中，为了提高对酸性气体的吸附量，二乙烯三胺、四乙烯五胺以及聚乙烯亚胺（PEI）等含有富含氨基的长链胺类常常成为优先的选择。申请号为200610085356.5的中国专利文献将四乙烯五胺等有机胺直接涂布到介孔材料的合成原粉表面，申请号为201010139538.2的中国专利文献将四乙烯五胺等有机胺涂布到介孔分子筛-棉纤维复合材料表面，申请号为201010145408.X的中国专利文献将聚乙烯亚胺（PEI）与过渡金属盐混合杂化，都得到了对酸性气体具有良好吸附效果的吸附剂。但是，四乙烯五胺、聚乙烯亚胺（PEI）等长链有机胺的热稳定性较差，在高温下容易分解，释放出有毒有害物质，会造成吸附剂的损耗与设备的腐蚀。

离子液体作为一种新兴的溶剂和反应介质，由于其不挥发、结构可设计、热稳定好、良好的气体溶解性等特性，近年来在酸性气体吸收/附剂的研究中受到广泛关注。文献报道，离子液体TMGL（期刊文献，不要引用人名）和负载化TMGL（），对于SO₂有十分优异的吸收效果。申请号为200510073345.0的中国专利文献将氨基酸类离子液体直接或者经负载到多孔固体后用于CO₂的吸收，也具有良好的吸收效果。但是，由于离子液体的合成成本往往很高，限制了它们的实际应用。

因此，研究开发具有优良吸附分离性能且成本低、热稳定性高的新型吸附剂，仍是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种负载化聚丙烯亚胺材料及其制备方法和用途。

负载化聚丙烯亚胺材料是由聚丙烯亚胺负载到多孔载体材料中构成，聚丙烯亚胺与多孔载体材料的质量比为0.1-2：1。

所述的聚丙烯亚胺为以乙二胺、丁二胺、己二胺或二乙烯三胺为核心的一代、二代或三代聚丙烯亚胺中的一种或其任意组成的混合物，其结构式如下：