一種納米復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高CO2吸附特性的有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料介孔納米硅-聚（p-乙烯芐基）-三甲基四氟硼酸銨（P[VBTMA][BF4]），所述的納米復(fù)合材料為季銨鹽聚離子液體包裹的介孔納米硅；通過犧牲引發(fā)劑法用核磁共振（NMR）譜圖計(jì)算所得殼層接枝聚合物的分子量Mn,NMR為4740~13684。本發(fā)明中公開的納米復(fù)合材料可在一定條件下作為一種性能優(yōu)越的CO2吸附劑；且制備這種納米復(fù)合材料的方法操作簡便，反應(yīng)條件溫和，使用這種方法使得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)明確易于調(diào)控。
【專利說明】一種納米復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合材料，具體涉及一種具有高CO2吸附特性且具有核-殼機(jī)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]“溫室效應(yīng)”引起的氣候變化己成為一個(gè)全球性環(huán)境問題，愈來愈引起世界各國的關(guān)注。在各種溫室氣體中，CO2在大氣中的含量高、壽命長，壽命約為50-200年，對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)最大。如何減少CO2排放，降低大氣中的CO2濃度，是人類面臨的共同難題。同時(shí)，CO2還是非常重要的工業(yè)原料，由電廠煙道氣中捕集回收CO2不僅是緩解CO2排放危機(jī)的最直接有效的手段，還能通過副產(chǎn)CO2降低減排的成本。CO2的固定被認(rèn)為是解決溫室效應(yīng)這一問題最有效的方法。捕集CO2的主要技術(shù)有吸收法、吸附法、膜分離法和深冷分離法。其中吸收法和吸附法有較悠久的歷史，相對比較成熟，吸附法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較簡單、能耗低。常用CO2吸附劑包括活性炭、硅膠、分子篩、介孔材料、金屬-有機(jī)骨架材料MOFs等。目前，開發(fā)具有超高比表面積、吸附容量大且同時(shí)具有可控的孔徑結(jié)構(gòu)、高的吸脫附速度和循環(huán)使用壽命長的吸附劑，是吸附法捕集CO2需要解決的核心問題。離子液體展現(xiàn)出的幾個(gè)性質(zhì)使得它們有著很好的潛在應(yīng)用價(jià)值，包括不揮發(fā)性、高攝取力以及對CO2的可逆吸收及選擇性。
[0003]合成有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料的方法主要有直接共混法、原位粒子生成法和原位聚合法。其中，作為原位聚合法的一種，表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(S1-ATRP)為我們合成結(jié)構(gòu)性質(zhì)可控的 復(fù)合材料提供了一種新的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種新的納米復(fù)合材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中CO2吸附劑存在的比表面積小、吸附容量小和吸附劑的孔徑結(jié)構(gòu)不可控的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的或者其它目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明公開了一種納米復(fù)合材料，所述的納米復(fù)合材料為季銨鹽聚離子液體包裹的介孔納米硅，所述季銨鹽聚離子液體為聚(P-乙烯芐基)-三甲基四氟硼酸銨，所述納米復(fù)合材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種納米復(fù)合材料，其特征在于，所述的納米復(fù)合材料為季銨鹽聚離子液體包裹的介孔納米硅，所述季銨鹽聚離子液體為聚(P-乙烯芐基)_三甲基四氟硼酸銨，所述納米復(fù)合材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下:
2.一種合成如權(quán)利要求1所述納米復(fù)合材料的方法，其包括以下步驟: 1)制備介孔納米二氧化娃原子轉(zhuǎn)移自由基表面引發(fā)劑S12-Br: a)制備硅烷偶聯(lián)劑改性的納米二氧化硅:將介孔納米二氧化硅分散于甲苯中，然后在真空條件并在惰性氣體保護(hù)下加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷反應(yīng)，即獲得硅烷偶聯(lián)劑改性的納米二氧化硅； b)制備溴引發(fā)劑功能化的S12Jfa)中的硅烷偶聯(lián)劑改性納米二氧化硅和甲苯加入到反應(yīng)器中，在無氧條件下，先加入三乙胺，再加入2-溴異丁酰溴反應(yīng)，即獲得溴引發(fā)劑功能化的S12,即介孔納米二氧化硅原子轉(zhuǎn)移自由基表面引發(fā)劑S12-Br ； 2)制備犧牲引發(fā)劑2-(三甲基甲硅烷基)乙基-2-溴-2-甲基丙酸酯:將2-(三甲基甲硅烷基)乙醇，無水二氯甲烷，以及三乙胺加入到反應(yīng)容器中，然后加入2-溴異丁酰溴進(jìn)行反應(yīng)即得含三甲基甲硅基TMS標(biāo)簽的犧牲引發(fā)劑2-(三甲基甲硅烷基)乙基-2-溴-2-甲基丙酸酯； 3)制備離子液體單體:將(P-乙烯芐基)_三甲基氯化銨加入到反應(yīng)容器中，再加入氟硼酸鈉和乙腈進(jìn)行反應(yīng)即獲得離子液體單體(P-乙烯芐基)_三甲基四氟硼酸銨； 4)制備介孔納米硅-聚(P-乙烯芐基)_三甲基四氟硼酸銨納米復(fù)合材料:將步驟I)中所述表面引發(fā)劑S12-Br用N，N-二甲基甲酰胺溶解獲得組分A ;在惰性氣體保護(hù)下，將步驟3)中所述離子液體單體(P-乙烯芐基)_三甲基四氟硼酸銨和氯化亞銅混合，并溶解于1，I, 4，7，7-五甲基二亞乙基三胺中獲得組分B ;所述組分B加入到所述組分A中，然后加入步驟2)所述的犧牲引發(fā)劑2-(三甲基甲硅烷基)乙基-2-溴-2-甲基丙酸酯進(jìn)行反應(yīng)，SP獲得介孔納米硅-聚(P-乙烯芐基)_三甲基四氟硼酸銨納米復(fù)合材料。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟I)的a)中，所述的介孔納米二氧化硅的比表面積為33611?'
4.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟I)的a)中，所述介孔納米二氧化硅與所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷的質(zhì)量比為1:1~3。
5.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟I)的b)中，按質(zhì)量計(jì)，硅烷偶聯(lián)劑改性納米二氧化硅:三乙胺:2_溴異丁酰溴為1:0.5~1.5:0.43~2.16。
6.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟2)中，按質(zhì)量計(jì)，2-(三甲基甲硅烷基)乙醇:2_溴異丁酰溴為1:1~3。
7.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟3)中所述(P-乙烯芐基)_三甲基氯化銨與所述氟硼酸鈉的摩爾比為1:1~3。
8.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟4)中，(P-乙烯芐基)_三甲基四氟硼酸銨、表面引發(fā)劑Si02-Br、CuCl、犧牲引發(fā)劑2-(三甲基甲硅烷基)乙基_2_溴-2-甲基丙酸酯和1，1,4, 7，7-五甲基二亞乙基三胺的摩爾比為100~50:1:1~1.5:0.05~0.1:1~1.5。
9.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，步驟I)的a)中，所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為80~120°C，反應(yīng)時(shí)間為12~24小時(shí)；步驟I)的b)中，所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為O~30°C;所述步驟2)中，所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為O~30°C ;步驟3)中反應(yīng)的反應(yīng)溫度為20~40°C ;步驟4)中反應(yīng)的反應(yīng)溫度為80~120°C。
10.如權(quán)利要求1所述納米復(fù)合材料在CO2氣體的快速可逆吸附領(lǐng)域的應(yīng)用。
【文檔編號】B01J20/26GK104017144SQ201410255766
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】羅正鴻, 王平, 李錦錦 申請人:上海交通大學(xué)