[发明专利]季胺化氧化石墨烯制备二氧化碳吸附材料的方法及其产品

说明书

本发明公开了一种季胺化氧化石墨烯制备二氧化碳吸附材料的方法，先将天然石墨粉末采用改性的Hummers法制备成氧化石墨烯溶液，然后使氧化石墨烯表面的羟基、环氧基转化为羧基，再进行胺基化、季胺化、负载碳酸根，得到作为二氧化碳吸附材料的负载有碳酸根的季胺化氧化石墨烯。本发明的优点是：在季胺化氧化石墨烯表面负载碳酸根的方法，制备二氧化碳吸附材料，制备工艺原料成本较低，反应条件相对温和；制备过程中的副产物易分离、产物转化率高，适合大规模制备生产；产品通过控制湿度即可实现控制二氧化碳的吸附与解吸附，大大降低吸附材料再生能耗。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳吸附材料的制备方法及得到的产品，特别是一种在季胺化氧化石墨烯表面负载碳酸根制备二氧化碳吸附材料的方法及得到的产品。

背景技术

氧化石墨烯作为热门二维纳米材料——石墨烯的衍生物，由于其具有巨大的比表面积和丰富的表面官能团，在气体吸附、能源储存、催化转化、复合材料制备等领域受到越来越多的关注。氧化石墨烯表面具有羟基、环氧基、羧基等官能团，易于进行化学枝接改性，负载特定功能的官能团。

大气中二氧化碳浓度逐渐升高是导致气候变暖的重要因素之一，对大气中二氧化碳直接捕集是缓解二氧化碳浓度升高的有效方法之一，依靠湿度再生的二氧化碳吸附剂是低能耗捕集二氧化碳的首选材料。作为一种常用的纳米材料，氧化石墨烯具有发达的比表面积以及表面官能团易于枝接改性等优点，经过化学枝接改性可以成为依靠湿度再生的二氧化碳吸附材料。

目前以氧化石墨烯为前驱体制备的二氧化碳吸附材料，其吸附二氧化碳的官能团为胺基，由于胺基与二氧化碳结合力较强，吸附二氧化碳后需要在较高温度下才能解吸附二氧化碳，因此吸附剂再生能耗高，使用该类材料作为大气二氧化碳捕集材料经济性不佳。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种在季胺化氧化石墨烯表面负载碳酸根制备二氧化碳吸附材料的方法及得到的产品，并且该产品在吸附二氧化碳后容易解吸附二氧化碳进行再生。

技术方案：一种季胺化氧化石墨烯制备二氧化碳吸附材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：将天然石墨粉末采用改性的Hummers法制备成氧化石墨烯溶液；

步骤二：向氧化石墨烯溶液中加入氢氧化钠和氯乙酸钠并搅拌，然后超声2小时，再加入稀盐酸中和，并用去离子水反复离心、洗涤，得到产物A溶液；

步骤三：在油浴下，向产物A溶液中加入乙二胺并剧烈搅拌，回流反应持续24小时，得到产物B溶液；

步骤四：向产物B溶液中滴加乙酸并搅拌，再加入环氧丙基三甲基氯化铵，在油浴下搅拌，得到产物C溶液；

步骤五：用碳酸钠溶液反复洗涤产物C溶液，通过离子交换作用于碳酸根置换出产物C溶液中的氯离子，得到产物D溶液；

步骤六：用去离子水洗去产物D溶液的杂质并在真空干燥箱内干燥，得到的黑色粉末即为二氧化碳吸附材料。

步骤二使氧化石墨烯表面的羟基、环氧基转化为羧基，步骤三使产物A溶液胺基化，步骤四使产物B溶液季胺化，步骤五使产物C溶液负载碳酸根。

进一步的，步骤一具体为：先将天然石墨粉末与硝酸钠粉末加入浓硫酸中，冰浴条件下预反应2～4小时，在冰浴条件下再加入高锰酸钾继续低温氧化反应2小时，将反应溶液移入35℃油浴中继续中温氧化反应1小时，然后加入去离子水，升温至98℃继续高温氧化反应30分钟，最后加入双氧水和去离子水搅拌1小时使氧化反应终止，将得到的产物用稀盐酸和去离子水反复离心、洗涤以去除杂质离子并通过离心剥离氧化石墨成氧化石墨烯，得到氧化石墨烯溶液。