本發(fā)明涉及一種聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑及其制備方法和應(yīng)用，涉及二氧化碳吸附劑領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會的發(fā)展，二氧化碳的過量排放對全球氣候和生態(tài)環(huán)境造成了很大影響，特別是化石燃料燃燒造成的二氧化碳排放引起了廣泛關(guān)注。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，在化石能源中，煤炭約占全球能源的40%，電力燃煤貢獻(xiàn)了全球超過20%的二氧化碳排放，而中國70%以上的電力是由燃煤電廠生產(chǎn)的，因此將燃煤電廠所產(chǎn)生的二氧化碳捕集起來以避免其排放到大氣中被認(rèn)為是大規(guī)模減少二氧化碳排放、減緩全球變暖的可行方法。而尋找一種低污染、低能耗、低成本的二氧化碳捕集方法變得十分重要。

目前，捕集分離二氧化碳的方法主要有溶劑吸收法、吸附法、膜分離法、低溫蒸餾分離法。吸附法作為一種極有應(yīng)用前景的新型二氧化碳分離方法，以其低能源消耗和工藝相對簡單而引起了越來越多的關(guān)注。當(dāng)前二氧化碳固體吸附劑主要有：金屬框架有機物、沸石分子篩和氨基修飾多孔材料。這些吸附劑的制備均操作復(fù)雜、成本昂貴，并且對設(shè)備和環(huán)境要求苛刻。這些問題很大程度上限制了二氧化碳固體吸附劑的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

海泡石是一種天然纖維狀富鎂黏土礦物，屬鏈狀結(jié)構(gòu),其化學(xué)式為si12mg8o30(oh)4(oh2)4·8h2o，在鏈狀結(jié)構(gòu)中又含有層狀結(jié)構(gòu)的小單元，屬2:1層型。由于海泡石具有這種特殊的孔道結(jié)構(gòu)，因而比表面積和孔體積很大，有極強的吸附、脫色和分散等性能，而且質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好。海泡石是一種價格十分低廉的無機材料，在我國分布廣泛，我國海泡石儲量約占世界25%，但由于我國天然海泡石純度低、雜質(zhì)較多，將其直接用做氣體吸附材料效果并不理想。目前，通過對海泡石進(jìn)行一定的改性可以增強其吸附能力，制備得到的吸附劑成本低、吸附效果較好，主要是用于水污染處理和土壤恢復(fù)方面。而將海泡石與某些胺進(jìn)行固載并用于二氧化碳吸附領(lǐng)域的鮮有報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明提供了一種聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑的制備方法，以該法制備得到的海泡石吸附劑具有工藝簡單、成本低廉、對二氧化碳吸附性能好的特點。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）將海泡石粉加入酸溶液中，攪拌后，分離出海泡石粉，洗滌至中性，干燥，磨細(xì)后得到酸活化的海泡石粉；

（2）將聚乙烯亞胺溶于醇類溶劑中，再加入步驟（1）獲得的酸活化的海泡石粉，攪拌，干燥，磨細(xì)后得到聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑。

其中，磨細(xì)可以是研磨、球磨等方式。

步驟（2）中，攪拌后，可以直接進(jìn)行干燥，這樣比較容易確定聚乙烯亞胺的添加量，在進(jìn)行試驗研究時常常這樣操作。當(dāng)然攪拌后也可以進(jìn)行固液分離，這樣可以降低能耗，縮短干燥時間，并且分離出的液體（如補充聚乙烯亞胺后）還可以用于海泡石的改性。

優(yōu)選地，所述酸溶液為硫酸溶液，濃度為1~2mol/l。

優(yōu)選地，所述醇類溶劑為無水甲醇。

優(yōu)選地，步驟（2）中，所述聚乙烯亞胺與酸活化的海泡石的質(zhì)量比為0.3-0.8：1，優(yōu)選0.4-0.6：1。

優(yōu)選地，步驟（1）中，所述攪拌的時間為10-30h；步驟（2）中，所述攪拌的時間為10-40h。

優(yōu)選地，所述聚乙烯亞胺在醇類溶劑中的濃度為10-20g/l。

本發(fā)明進(jìn)一步提供由上述方法制備得到的一種聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑。

本發(fā)明進(jìn)一步提供上述聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑在吸附二氧化碳上的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

（1）本發(fā)明通過酸處理和固載聚乙烯亞胺，將聚乙烯亞胺很好的與海泡石進(jìn)行了復(fù)合，可以很好地重整海泡石的的表面及孔道結(jié)構(gòu)，大大提高了海泡石對二氧化碳的吸附性能。

（2）本發(fā)明的聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑的制備方法所用原料成本低、工藝簡單易行、對設(shè)備和環(huán)境要求低，制備得到的聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑價格便宜、吸附效率高、使用方便?？梢杂行Оl(fā)揮海泡石本身和聚乙烯亞胺各組分的優(yōu)勢，提高其二氧化碳吸附性能和實際應(yīng)用能力。

（3）本發(fā)明實現(xiàn)了制備海泡石固載聚乙烯亞胺吸附劑并將其應(yīng)用在二氧化碳捕獲領(lǐng)域的先例，制備得到的吸附劑價格便宜、使用方便。本發(fā)明解決了過去二氧化碳固體吸附劑制備復(fù)雜、價格昂貴、對設(shè)備和環(huán)境要求高的問題。

具體實施方式

下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

實施例1

本實施例提供一種聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑的制備方法，包括如下步驟：

（1）海泡石酸處理：稱取3g提純后的海泡石粉加入120ml濃度為1mol/l的硫酸溶液中，室溫下連續(xù)攪拌12h后抽濾分離，洗滌至中性。置于烘箱中100℃干燥24h，研磨后得到酸處理的海泡石。

（2）海泡石胺固載：取0.4g聚乙烯亞胺溶于40ml無水甲醇中，室溫下攪拌40min，取1g步驟（1）中酸處理的海泡石加入其中，室溫下連續(xù)攪拌15h，置于烘箱中恒溫45℃干燥24h，除去甲醇。研磨后得到胺固載的海泡石吸附劑，即得到聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑。

實施例2

本實施例提供一種聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑的制備方法，包括如下步驟：

（1）海泡石酸處理：稱取4g提純后的海泡石粉加入120ml濃度為2mol/l的硫酸溶液中，室溫下連續(xù)攪拌12h后抽濾分離，洗滌至中性。置于烘箱中100℃干燥24h，研磨后得到酸處理的海泡石。

（2）海泡石胺固載：取0.7g聚乙烯亞胺溶于50ml無水甲醇中，室溫下攪拌50min，取1g步驟（1）中酸處理的海泡石加入其中，室溫下連續(xù)攪拌20h，置于烘箱中恒溫45℃干燥24h，除去甲醇。研磨后得到胺固載的海泡石吸附劑，即得到聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑。

性能測試

實施例1-2均對聚乙烯亞胺改性海泡石進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)以上方法制備得到的聚乙烯亞胺改性海泡石吸附劑，完全達(dá)到了發(fā)明的目的，通過熱重吸附實驗檢測，在含15%co2、85%n2的混合氣中，實施例1二氧化碳吸附容量可達(dá)4.23mmol/g，實施例2二氧化碳吸附容量可達(dá)4.47mmol/g，大大超過海泡石本身和活性炭對二氧化碳的吸附能力。

對比例

未改性的天然海泡石，在相同熱重測試條件下，二氧化碳吸附量為0.76mmol/g，酸活化的海泡石二氧化碳吸附量為0.93mmol/g。根據(jù)changchunji等報道，文獻(xiàn)[synthesisofmicro-mesoporouscompositesmcm-41/13xandtheirapplicationonco2adsorption:experimentandmodeling,iecr.2016]分子篩13x的吸附量為0.7mmol/g，分子篩mcm-41為0.5mmol/g，根據(jù)文獻(xiàn)[張麗丹.活性炭吸附二氧化碳性能的研究,北京化工大學(xué)學(xué)報]報道可知，常用活性炭的二氧化碳吸附量在0.4mmol/g左右。根據(jù)劉亞敏等報道，采用浸漬方法將四乙烯五胺(tepa)負(fù)載到kit-6介孔硅材料孔道表面上合成超枝化固體胺kit-6-tepa，并對其吸附co2性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，隨著溫度的升高，kit-6(tepa)的co2吸附量先增加后下降的趨勢，343k時獲得最大吸附量為3.1mmol/g。根據(jù)yue等報道，將四乙烯五胺（tepa）浸漬到sba-15的孔道中，獲得了3.36mmol/g的高co2吸附容量。根據(jù)xu等報道，他們考察了聚乙烯亞胺(pei)改性mcm-41分子篩的co2吸附能力，得到了2.6mmol/g的吸附容量（348k）。son等采用浸漬法將pei分別浸漬到mcm-41、mcm-48、sba-15、sba-16和kit-6分子篩孔道中，并考察了它們對co2的吸附性能，結(jié)果表明氨基改性kit-6分子篩具有較高的co2吸附容量，達(dá)3.1mmol/g。su等將tepa浸漬到y(tǒng)型沸石分子篩孔道中，333k獲得了2.56mmol/g的co2吸附容量。

通過對比發(fā)現(xiàn)，活化后的海泡石負(fù)載聚乙烯亞胺之后，對二氧化碳的吸附性能大幅提升，具有很好的吸附效果和很大的成本優(yōu)勢。

最后應(yīng)說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。