專利名稱：一種負(fù)載化聚丙烯亞胺材料及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工材料和氣體分離領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載化聚丙烯亞胺材料及其 制備方法和用途。
背景技術(shù)：
隨著人類工業(yè)文明的興起，酸性氣體的排放引起了眾多的環(huán)境問題，這些環(huán)境問 題已經(jīng)影響到人類生產(chǎn)生活的方方面面，也日益引起人們的關(guān)注。石化原料的開采及廣泛 利用，火力發(fā)電過(guò)程中煤炭的燃燒，城市汽車尾氣的排放，以及農(nóng)村麥秸稈等的焚燒，由此 排放的CO2、SO2、H2S等酸性氣體侵蝕著環(huán)境，危害著我們的生活及人類健康。由于CO2等 主要溫室氣體的大量排放而引起的全球氣候變暖問題引發(fā)了厄爾尼諾效應(yīng)、冰山融化海平 面上升、各種惡性氣候?yàn)?zāi)害等一系列重大問題。而SO2、H2S等酸性氣體的排放導(dǎo)致的酸雨 問題對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類健康以及文物保護(hù)都有著無(wú)法估量的損失。我國(guó)作為一個(gè)產(chǎn)煤、燃 煤大國(guó)，對(duì)CO2 ,SO2、H2S等酸性氣體的吸收/附與捕集，在環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、提高原料利 用率、減少設(shè)備腐蝕等方面都有著重要的意義。在2009年召開的哥本哈根會(huì)議上，中國(guó)承 諾在2020年將碳排放下降到40-45%，這對(duì)我國(guó)的傳統(tǒng)的以化石原料為基礎(chǔ)的支柱工業(yè)及 酸性氣體的捕集技術(shù)等都提出了新的挑戰(zhàn)。目前對(duì)于酸性氣體的捕集與分離方法主要包括化學(xué)吸收法和物理吸附法。物理吸 附法采用活性炭、沸石分子篩、硅膠等具有高比表面積的固體吸附劑進(jìn)行吸附，吸收快速， 能耗較低，但是總的來(lái)說(shuō)吸附能力有限，處理量小，吸附選擇性不高。而化學(xué)吸收法是目前 被廣泛采用的吸收方法，工藝也較為成熟?；瘜W(xué)吸收法通常采用單乙醇胺(MEA)、二乙醇胺 (DEA)、二異丙醇胺(DIPA)和甲基二乙醇胺(MDEA)等含有伯胺、仲胺以及叔胺基團(tuán)的吸收 劑溶液，對(duì)酸性氣體進(jìn)行吸收，具有吸收快速、吸收容量大等優(yōu)點(diǎn)。但是這些溶劑再生困難、 能耗較大、容易降解，會(huì)造成吸收劑的損耗及設(shè)備的腐蝕。 近年來(lái)許多研究者對(duì)傳統(tǒng)的有機(jī)胺溶液類酸性氣體吸收劑進(jìn)行了改性、共混，提 高了原有的性能。申請(qǐng)?zhí)枮?00910244197. 2的中國(guó)專利文獻(xiàn)中將醇胺類化合物和甘醇 類化合物混合配制成溶液，得到的吸收劑能夠高效吸收CO2，對(duì)設(shè)備腐蝕較小。申請(qǐng)?zhí)枮?201010152946. 1的中國(guó)專利文獻(xiàn)中在N-乙基乙醇胺溶液中添加了 10wt% 40wt%的環(huán)丁砜 組分，具有提高解吸效果和降低水的揮發(fā)量的作用。同時(shí)，很多研究小組嘗試將各種有機(jī) 胺浸漬到介孔材料中，利用介孔材料大孔容和高比表面積的特點(diǎn)來(lái)強(qiáng)化吸附過(guò)程的傳質(zhì)效 果，提高吸附速度。這類吸附劑的研究中，為了提高對(duì)酸性氣體的吸附量，二乙烯三胺、四乙 烯五胺以及聚乙烯亞胺(PEI)等含有富含氨基的長(zhǎng)鏈胺類常常成為優(yōu)先的選擇。申請(qǐng)?zhí)枮?200610085356. 5的中國(guó)專利文獻(xiàn)將四乙烯五胺等有機(jī)胺直接涂布到介孔材料的合成原粉 表面，申請(qǐng)?zhí)枮?01010139538. 2的中國(guó)專利文獻(xiàn)將四乙烯五胺等有機(jī)胺涂布到介孔分子 篩-棉纖維復(fù)合材料表面，申請(qǐng)?zhí)枮?01010145408. X的中國(guó)專利文獻(xiàn)將聚乙烯亞胺(PEI) 與過(guò)渡金屬鹽混合雜化，都得到了對(duì)酸性氣體具有良好吸附效果的吸附劑。但是，四乙烯五 胺、聚乙烯亞胺(PEI)等長(zhǎng)鏈有機(jī)胺的熱穩(wěn)定性較差，在高溫下容易分解，釋放出有毒有害物質(zhì)，會(huì)造成吸附劑的損耗與設(shè)備的腐蝕。 離子液體作為一種新興的溶劑和反應(yīng)介質(zhì)，由于其不揮發(fā)、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、熱穩(wěn)定 好、良好的氣體溶解性等特性，近年來(lái)在酸性氣體吸收/附劑的研究中受到廣泛關(guān)注。文獻(xiàn) 報(bào)道，離子液體TMGL (期刊文獻(xiàn)，不要引用人名)和負(fù)載化TMGL ()，對(duì)于SO2有十分優(yōu)異的 吸收效果。申請(qǐng)?zhí)枮?00510073345. 0的中國(guó)專利文獻(xiàn)將氨基酸類離子液體直接或者經(jīng)負(fù) 載到多孔固體后用于CO2的吸收，也具有良好的吸收效果。但是，由于離子液體的合成成本 往往很高，限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。因此，研究開發(fā)具有優(yōu)良吸附分離性能且成本低、熱穩(wěn)定性高的新型吸附劑，仍是 亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種負(fù)載化聚丙烯亞胺材料及其制備 方法和用途。負(fù)載化聚丙烯亞胺材料是由聚丙烯亞胺負(fù)載到多孔載體材料中構(gòu)成，聚丙烯亞胺 與多孔載體材料的質(zhì)量比為0. 1-2 :1。所述的聚丙烯亞胺為以乙二胺、丁二胺、己二胺或二乙烯三胺為核心的一代、二代 或三代聚丙烯亞胺中的一種或其任意組成的混合物，其結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載化聚丙烯亞胺材料，其特征在于，由聚丙烯亞胺負(fù)載到多孔載體材料中構(gòu) 成，聚丙烯亞胺與多孔載體材料的質(zhì)量比為0. 1-2 :1。
2.如權(quán)利要求1所述的負(fù)載化聚丙烯亞胺材料，其特征在于，所述的聚丙烯亞胺為以 乙二胺、丁二胺、己二胺或二乙烯三胺為核心的一代、二代或三代聚丙烯亞胺中的一種或其 任意組成的混合物，其結(jié)構(gòu)式如下
3.如權(quán)利要求1所述的負(fù)載化聚丙烯亞胺材料，其特征在于，所述的多孔載體材料為 多孔硅膠、活性氧化鋁、硅基有序介孔材料SBA-15、MCM-41或活性炭。
4.一種如權(quán)利要求1所述的負(fù)載化聚丙烯亞胺材料的制備方法，其特征在于，將聚丙 烯亞胺溶解在質(zhì)量為聚丙烯亞胺的5-10倍的水、甲醇、乙醇或乙腈中；然后將多孔載體材 料加到聚丙烯亞胺溶液中，聚丙烯亞胺與多孔載體材料的質(zhì)量比為0. 1-2 :1，室溫下浸漬 1-8小時(shí)；蒸發(fā)溶劑，得到負(fù)載化聚丙烯亞胺材料。
5.一種如權(quán)利要求1所述的負(fù)載化聚丙烯亞胺材料的制備方法，其特征在于，將聚丙 烯亞胺溶解在質(zhì)量為聚丙烯亞胺的5-10倍的水、甲醇、乙醇或乙腈中，將多孔載體材料用 娃烷偶聯(lián)劑Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或Y-縮水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷預(yù) 處理，聚丙烯亞胺與多孔載體材料的質(zhì)量比為0. 1-2 :1，硅烷偶聯(lián)劑與多孔載體材料的質(zhì) 量比為0. 1-2 :1，硅烷偶聯(lián)劑與PPI摩爾比為1 :1 ；然后將預(yù)處理后的多孔載體材料加到聚 丙烯亞胺溶液中，室溫下反應(yīng)1-8小時(shí)；蒸發(fā)溶劑，得到負(fù)載化聚丙烯亞胺材料。
6.一種如權(quán)利要求1所述的負(fù)載化聚丙烯亞胺材料的用途，其特征在于，用于捕集或 分離煙道氣、煉廠氣、天然氣中的CO2、SO2或H2S。
7.如權(quán)利要求6所述的用途，其特征在于，所述捕集或分離0)2工02或H2S的工藝條件 為吸附溫度為0-80°C，吸附壓力為1-20個(gè)大氣壓；解吸溫度為80-150°C，解吸壓力為1大 氣壓至20毫米汞柱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負(fù)載化聚丙烯亞胺材料及其制備方法和用途。它是由聚丙烯亞胺負(fù)載到多孔載體材料中構(gòu)成，聚丙烯亞胺與多孔載體材料的質(zhì)量比為0.1-2∶1。所述的聚丙烯亞胺為以乙二胺、丁二胺、己二胺或二乙烯三胺為核心的一代、二代或三代聚丙烯亞胺中的一種或其任意組成的混合物。將聚丙烯亞胺經(jīng)物理浸漬-蒸發(fā)溶劑法或者化學(xué)方法負(fù)載到多孔硅膠、活性氧化鋁、硅基有序介孔材料SBA-15、MCM-41或活性炭等多孔載體材料上，可以用作從氣體混合物中捕集和分離CO2、SO2或H2S等酸性氣體的吸附劑。該吸附劑具有吸附快速高效、吸附容量大、選擇性高、可多次循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B17/16GK102068967SQ201010586069
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者任杰, 吳林波, 李伯耿 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)