[发明专利]一种绿色高效的低分压二氧化碳吸附材料的制备方法

说明书

本发明涉及低分压CO₂的特异性吸附和吸附材料的绿色化，所属IPC分类号为C08J9/28，尤其是涉及一种绿色高效的低分压二氧化碳吸附材料的制备方法。包括以下步骤：(1)双相溶剂处理：生物质原料经过双相溶剂处理得到纯纤维和分离木质素；(2)LCNF的制备：使用纯纤维和分离木质素制备LCNF；(3)AEAPMDS/LCNF悬浮液的制备：LCNF与AEAPMDS制备得到AEAPMDS/LCNF悬浮液；(4)胺化改性：将AEAPMDS/LCNF悬浮液加入氯化钙水溶液中，充分凝胶得到混合湿凝胶，然后滤去氯化钙水溶液，将混合湿凝胶改性；(5)干燥：步骤(4)中的反应结束后，使用叔丁醇对对产物进行置换，然后对置换得到的样品进行干燥处理，即得低分压二氧化碳吸附材料。

技术领域

本发明涉及低分压CO₂的特异性吸附和吸附材料的绿色化，所属IPC分类号为C08J9/28，尤其是涉及一种绿色高效的低分压二氧化碳吸附材料的制备方法。

技术背景

随着沼气脱碳技术发展以及页岩气资源规模开发，天然气在能源结构中的比重不断增长，逐渐凸显混合气中低分压CO₂分离技术的重要性；另外，由于潜艇自持力的提高以及空间站技术的发展，亟待解决人员呼吸等因素造成的密闭空间CO₂累积问题，这对低分压CO₂分离过程绿色化也提出了新的要求。

固体胺吸附法是最为常用的CO₂分离方法，选择新型高选择性、高吸附容量的固体胺材料，最有望实现低分压CO₂的高效吸附与分离。专利104923186B通过胺化试剂与不饱和单体发生迈克尔加成反应生成超支化聚合物前驱体，再通过在程序升温中缩聚反应合成得到端氨基超支化聚合物，最后经交联固化后，再还原酰胺和亚胺基团合成得到端氨基超支化聚合物固态胺。专利103785349B在硅酸盐溶液中引入有机胺分子充当模板剂的同时通入一定量的酸性气体，从而获得均匀负载有机胺的多孔的固态胺气体吸附材料。专利110142028A将凹凸棒石酸化处理后获得酸改性凹凸棒石粉末，再使用有机溶剂充分分散有机液胺，并基于一定液固比加入酸改性凹凸棒石粉末搅拌浸渍，获得凹凸棒石基固态胺吸附剂。专利112337448A首先配制含非溶剂的亚稳态有机聚合物溶液，再采用蒸汽-浸入诱导相转化法制备多孔中空纤维，最后通过反应将胺基接枝到中空纤维的多孔管壁中，得到固态胺中空纤维。可是现有固体胺吸附剂多以硅胶等非可再生材料作为载体，生物相容性差，成本较高且不易再生，实际应用受到限制。

纳米纤维素以地球上储存量最大的纤维素生物质为原料，具有来源广泛、无污染、可再生的优点，其表面官能团丰富，易于改性，是近年来备受关注的固态胺载体，为开发绿色可再生的低分压CO₂吸附剂提供可能。专利CN104923176B以有机纤维和天然纤维为基体纤维，将经碱液预处理过的基体纤维用钴60的伽马射线辐照，再经接枝丙烯酸类单体、胺化取代反应、氨基与不饱和单体发生Michael加成和酰胺取代化学改性，制备得到树枝状固态胺纤维。专利CN105032364B以人工林杨树、桉树等速生木材为原料制备纳米纤维素醇凝胶颗粒，再进行胺化处理，制备胺基化纳米纤维素气凝胶颗粒为二氧化碳吸附材料。专利CN106750384B制得纳米纤维素气凝胶后，让气态有机胺在纳米纤维素气凝胶表面进行吸附，然后真空回收剩余的有机胺催化剂，使气态氨基硅烷与纳米纤维素气凝胶进行化学反应，制得相应的氨基硅烷化的纳米纤维素气凝胶。研究证实，将纳米纤维素进行气凝胶成型后，其发达的孔隙结构可极大提高CO₂吸附效率和吸附选择性，但受制于前驱体支架随机交联与表面羟基天然亲水的特点，该类气凝胶的稳固性和氨基接枝率欠佳。

已有报道通过掺杂无机填料或有机高分子对该类材料进行改性，专利CN110183719A通过助溶剂将聚酰胺酸溶解在纤维素水分散液中，经冷冻干燥、热亚胺化得纤维素/聚酰亚胺复合气凝胶。专利CN104984744B采用分类改性的方法，在植物纤维的木质素上引入胺类化合物，在植物纤维的纤维素上引入聚乙烯亚胺聚合物，即得到所述植物纤维基固态胺吸附材料。这虽使得材料的稳固性或氨基接枝率有所提升，但也让材料失去了原有的天然绿色属性，而且降低了材料的生物相容性。