[发明专利]一种树枝状高密度固态胺纤维材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域。更具体地，涉及一种树枝状高密度固态胺纤维材料及其制备方法。

背景技术

大气中CO₂浓度增加而导致的温室效应加剧已成为世界上最大的能源与环境问题之一。因此，CO₂的捕集尤其是烟道气中CO₂的捕集分离技术，成为当前国内外的研究热点。许多新的技术和材料被不断开发并应用到CO₂的捕集中。其中吸附分离技术以其低腐蚀性、低能耗、循环吸脱附能力强等优点而被视作是一种具有应用前景的烟道气CO₂分离技术。在实际应用中，决定吸附分离技术适用与否的关键之一在于高效吸附剂的设计和制备。而在众多的吸附剂中，固态胺吸附剂因其具有高选择性、抗水干扰、高吸附容量和低再生能耗等优点，成为当前首选开发研究的吸附材料。

对于固态胺吸附剂所用的基体，同研究较多的多孔型固态胺吸附材料的多孔基体相比，纤维基体除了自身具有大的有效比表面，短的传质距离，原料来源广泛，容易分离回收，应用形式灵活等特点外；另外，还可以通过化学、辐照和光引发接枝等方法在纤维表面引入各种功能单体，来赋予纤维特殊的功能。因此可以利用纤维材料为基体，通过接枝改性在纤维表面引入各类活泼中间单体和功能氨基，开发更有利于CO₂吸附的纤维基吸附材料。

但是，现有技术中无论是以纤维还是多孔SiO₂为基体的吸附材料，他们在制备过程中虽然也做了接枝、氨基功能化反应，但是所制得的固态胺纤维上吸附位点有限，最终材料的吸附容量也得不到进一步的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有固态胺纤维材料吸附容量不足的缺陷和技术不足，提供一种对酸性气体吸附能力强、吸附容量大，并且再生性能良好的可再生环保型吸附材料。

本发明的目的是提供一种树枝状高密度固态胺纤维材料。

本发明另一目的是提供所述树枝状高密度固态胺纤维材料的制备方法。

本发明再一目的是提供所述树枝状高密度固态胺纤维材料的应用，主要是涉及对烟道气中酸性气体的吸附应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种树枝状高密度固态胺纤维材料，其特征在于，其结构式如式（I）所示：

式（I）；

其中，R1为NH₂或OH；R2为（CH₂CH₂NH）_n，n=0,1,2,3；R3为H或CH₃。

上述树枝状高密度固态胺纤维材料是以有机纤维或天然纤维为基体，经过预处理、接枝反应（接枝功能化）、胺化反应、Michael加成反应和酰胺取代反应等一系列反应后制备得到。该树枝状高密度固态胺纤维材料能够吸附捕集酸性气体，吸附容量高，可用于吸附富集烟道气中的酸性气体，且在吸附气体后，可经过热脱附再生，是一种再生性能良好的可再生环保型吸附材料；所述预处理包括碱预处理和钴60伽马射线辐照预处理。

其中，所述酰胺取代反应是将经Michael加成反应所得的加成纤维与多胺试剂进行酰胺取代反应，所述多胺试剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或五乙烯六胺。

优选地，所述有机纤维为聚丙烯纤维、粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维或聚四氟乙烯纤维；所述天然纤维为剑麻纤维。

具体地，上述树枝状高密度固态胺纤维材料的制备方法包括步骤如下：

S1.对基体纤维原料进行预处理

S11.碱预处理：用5～20wt% NaOH水溶液浸泡基体纤维原料10～24 h，再用蒸馏水洗涤纤维至中性，70℃真空干燥；

S12.钴60伽马射线辐照预处理：将碱预处理后的基体纤维用钴60的伽马射线进行辐照预处理，辐照计量为20～40 kGy，辐照时间为24～50 h，得到预处理后的基体纤维；

S2.接枝反应：将预处理后的基体纤维与接枝单体溶液进行接枝反应，得接枝纤维；

S3.胺化反应（胺化改性）：将接枝纤维与氯化铝混合后，再加入多胺试剂进行胺化反应，得胺化纤维；

S4.Michael加成反应：将胺化纤维与不饱和单体溶液混合，再加入活化剂，使纤维进行Michael加成反应，得加成纤维；所述活化剂为醇钠（如甲醇钠或乙醇钠）；

S5.酰胺取代反应