[发明专利]一种胺基动态改性的介孔硅基材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种胺基动态改性的介孔硅基材料及其制备方法和应用，该制备方法是在介孔硅基微球的基础上，采用胺基改性材料对其进行动态改性，使介孔硅基微球的表面和孔道内部嫁接更多的氨基基团，更多的氨基基团有利于增加对二氧化碳的吸附效果。同时，多余的胺基改性材料在抽滤和洗涤的动态操作下不会残留在介孔硅基微球的表面和孔道内部，使得胺基动态改性的介孔硅基材料保留了部分孔道结构，具有一定的比表面积，有利于增大材料与气体之间的接触面积，有利于物理吸附作用和化学吸附作用的进行，进而进一步提高对于二氧化碳的捕获能力。

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕获技术领域，特别涉及一种胺基动态改性的介孔硅基材料及其制备方法和应用。

背景技术

温室气体的大量排放对全球生态系统的可持续性发展造成了不可逆转的影响和伤害，特别是由于工业革命以后，石油和煤炭等工业燃料的大量使用，导致排放量急剧增加，现今空气中二氧化碳浓度已经达到410ppm，全球总产量4.1亿吨，成为了全球变暖的主要原因，增加了空气传播疾病的风险。对于全球环境二氧化碳浓度的控制一直是国际上聚焦的焦点，其中对二氧化碳的捕集是有效解决问题的关键。

当前对于二氧化碳的捕获方法主要有溶剂吸收法、膜分离法和固态吸附法。

溶剂吸收法对于二氧化碳吸收主要采用物理吸收法和化学吸收法两种方法。物理吸收法通过不同气体组分在溶液中的溶解度随压力、温度变化进行气体分离，从而达到二氧化碳回收的目的。该方法能耗低、易再生，但是，分离时选择性较差。化学吸收法利用碱性溶液对酸性气体之间的化学作用，来选择性的吸收二氧化碳，所用吸附剂的种类主要包括热钾碱溶液和醇胺溶液。化学吸收法处理量大，分离回收纯度高，但是存在能耗高、对设备腐蚀等缺点。

膜分离法利用气体各组分在膜材料之间的渗透速率不同，通过特定的膜材料使二氧化碳快速穿过以实现其高效分离。其能耗低、操作简单、不需要材料再生以及便于维修具有良好的二氧化碳捕获前景，但是，当前受限于膜材料本身的分离性能问题和成本问题。

固态吸附法通过固体吸附剂选择性吸附二氧化碳，并通过吸附-解吸过程达到对二氧化碳气体的捕获。固态吸附剂本身对二氧化碳分子具有物理吸附作用和化学吸附作用。兼具物理吸附作用和化学吸附作用的胺基固态吸附剂具有较高二氧化碳吸附选择性和吸附能力。与其他技术相比，其使用方便，不存在设备腐蚀等问题。但是，当前的二氧化碳固体吸附剂吸附容量较低，吸附时间较长，且二氧化碳的回收率也不高。

因此，开发一种高吸附性能二氧化碳捕获材料及其制备方法很有必要。

发明内容

为解决上述相关技术中存在的二氧化碳固体吸附剂吸附容量较低，吸附时间较长，且二氧化碳的回收率低的技术问题，本申请提供一种胺基动态改性的介孔硅基材料及其制备方法和应用。具体内容如下：

第一方面，本发明提供一种胺基动态改性的介孔硅基材料，所述胺基动态改性的介孔硅基材料的外表面具有球型形貌特征，所述胺基动态改性的介孔硅基材料的内部具有孔道；

所述胺基动态改性的介孔硅基材料的比表面积为118-145m²/g，所述孔道的平均孔径为2.5-2.7nm；

所述胺基动态改性的介孔硅基材料对二氧化碳的吸附量为 3.17-5.38mmol/g，所述胺基动态改性的介孔硅基材料对二氧化碳的吸附饱和时间为10-12h；

所述胺基动态改性的介孔硅基材料的红外光谱图在1550cm^-1、1450cm^-1和1400cm^-1附近出现吸收峰。

可选地，所述胺基动态改性的介孔硅基材料是由硅烷偶联剂与硅源在模板剂的导向作用下，进行自组装和共缩聚反应，生成介孔硅基微球，所述介孔硅基微球再经胺基动态改性制备得到的；