[发明专利]氧化石墨烯/锂皂石/壳聚糖气凝胶型固体胺吸附剂及其制备方法、应用

说明书

本发明提供一种氧化石墨烯/锂皂石/壳聚糖气凝胶型固体胺吸附剂的制备方法，步骤如下：将氧化石墨烯的水溶液和改性锂皂石的水溶液超声混合均匀，然后加入酸溶液调节pH值，静置、离心，获得沉淀物，利用去离子水洗涤沉淀物至中性，干燥，即得到氧化石墨烯/锂皂石复合物；称取壳聚糖溶解于醋酸溶液中，然后加入氧化石墨烯/锂皂石复合物，搅拌均匀，利用高能电子束辐照，即得到氧化石墨烯/锂皂石/壳聚糖凝胶；将氧化石墨烯/锂皂石/壳聚糖凝胶浸渍于聚乙烯亚胺的甲醇溶液中进行表面修饰；利用液氮将氧化石墨烯/锂皂石/壳聚糖凝胶快速冷冻，然后置于真空冷冻环境下干燥，即得到氧化石墨烯/锂皂石/壳聚糖气凝胶型固体胺吸附剂。

技术领域

本发明涉及二氧化碳吸附剂技术领域，尤其涉及一种电子束辐照交联的氧化石墨烯/锂皂石/壳聚糖气凝胶型固体胺吸附剂及其制备方法、应用。

背景技术

近年来，二氧化碳持续大量排放，使温室效应不断加剧，全球气候变暖，严重破环了生态环境，也危及人类的生存。同时，二氧化碳作为一种重要的资源，在化工、食品、医药、电子、农业等许多领域都有广泛的应用，具有很高的潜在价值。因此，如何高效地捕获分离二氧化碳成为研究中日渐紧迫的问题。

目前，二氧化碳吸收方法主要有物理吸附、化学吸收、膜分离、电化学法。

物理吸附法包括两种，利用吸附量随压力变化而使气体分离的方法为变压吸附法(简称PSA法)、利用吸附量随温度变化而使气体分离的称变温吸附法(简称TSA法)，二者又合称PTSA法。其特点是吸附量随压力/温度的改变而改变，由于物理吸附这种方法误差较大，因此多已不单独采用。

化学吸收法是利用二氧化碳和吸收剂之间的化学反应将二氧化碳分离出来的方法。在吸收过程中，二氧化碳与吸收剂之间发生明显化学反应。化学吸收法常用的吸收液有氨水、热钾碱溶液、有机胺溶液等。化学吸收法大多能耗高、不易再生且多具有腐蚀性。

膜分离是气体分离的常用技术，它是利用气体在膜中的溶解和扩散来实现，动力是膜两侧气体的压差。虽然一些膜在高压力下对高浓度CO₂表现出良好的分离性能，但对于混合气中稀浓度CO₂气体的分离则需要很高的压力，而导致高能耗。此外，膜的稳定性、膜通量、膜放大及其高成本也制约了其应用。

常规离子液体吸收二氧化碳主要是通过离子液体与CO₂之间的相平衡展开，但是吸收量较少。功能化离子吸收较多主要是因为CO₂与离子液体中的碱性基团发生了化学反应。离子液体固定转化是利用离子液体作催化剂或助催化剂，将CO₂固定的同时转化为有用的化学品。与传统的有机溶剂相比，离子液体具有一系列突出优越特性，不挥发，无色、无臭、无污染、易操作。但离子液体也有本身的缺点：产物不易分离；催化剂的回收使用效果不佳；作为溶剂，离子液体的价格远远高于常见有机溶剂。

辐照交联是利用各种核辐射如电子束、γ射线、中子束、粒子束等等，引发聚合物高分子长链之间的交联反应的技术手段。辐照交联反应主要为射线辐照高分子后产生各种自由基，通过自由基的相互结合而形成新的连接键，高分子辐照交联后由其结构线型转变为网状结构。与化学交联法相比，辐射交联具有一系列技术上的优点，例如辐射交联可以在常温和常压下完成，控制吸收剂量就可以控制交联度并易于再现。此外，辐射交联还具有产品纯净，无废物产生和生产效率高于化学法等优点。

壳聚糖属于天然高分子，相容性、降解性优异，是一类环境友好的高分子。壳聚糖具有独特的多糖结构，分子链上含有大量羟基和氨基。壳聚糖在酸性溶液中溶解后体系黏度增大，化学交联极易不均，而且交联减少活性位点，不利于大量吸附气体的应用。

氧化石墨烯是一种石墨衍生物，具有典型的二维片层结构、很大的比表面积，表面呈现负电性，具有杨氏模量高、柔韧性好、导电性好等优点。其表面存在大量含氧活性基团如环氧基、羧基和羟基，使其具有优异的亲水性，且能够与很多化学基团发生反应，制备纳米高分子复合材料，从而能够有效改善材料的综合性能；氧化石墨烯的合成过程和结构如图1所示。