一種清除密閉體系中的二氧化碳的吸收劑的製備方法

2023-04-25 04:47:01

專利名稱：一種清除密閉體系中的二氧化碳的吸收劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種二氧化碳吸收劑，具體涉及一種清除密閉體系中的二氧化碳的吸收劑的製備方法。
背景技術：
二氧化碳清除是潛艇或宇宙飛船等密閉體系中的關鍵問題之一，為保證人員的健康，必須嚴格控制體系內二氧化碳的濃度。清除密閉體系內二氧化碳的主要方法是利用化學吸收劑把二氧化碳從混合氣體中直接分離出來。目前，常用的化學吸收劑是鹼金屬氫氧化物(如鹼石灰、氫氧化鋰)、鹼金屬及鹼土金屬的過氧化物與超氧化物(如超氧化鈉、超氧化鉀)等，這些化學吸收劑屬於不可再生型吸收劑，存在吸收量低、成本高、具有腐蝕性、易引起燃燒等不足。因此，有必要開發新型二氧化碳清除劑。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種清除密閉體系中的二氧化碳的吸收劑的製備方法，所述二氧化碳吸收劑具有吸收量高、解吸速度快、穩定性高等特點，特別適合用於清除潛艇或宇宙飛船等密閉體系中的二氧化碳。為此，本發明同時提供這種二氧化碳吸收劑的製備方法。為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是:
本發明提供一種二氧 化碳吸收劑的製備方法，其具體步驟如下:
將1.0 mo I聚丙烯酸3000和1.5 L四氫呋喃加入到裝有攪拌器和冷凝回流管的5 L玻璃反應釜中，鼓泡通入氮氣廣2 h，氮氣流速20 L/h，在2(T30°C下攪拌48 h，使聚丙烯酸3000溶解；將上述全部聚丙烯酸3000的四氫呋喃溶液滴入盛有40.0 moll, 3-丙二胺和20.0 L無水乙醚的50 L玻璃反應釜中，滴加速度控制在0.2 L/h、.3 L/h，控制反應釜內溫度在10°C以下，滴加完畢後，以1°C / min的速度升溫至25°C，並在25°C恆溫攪拌反應2Γ36 h;將50 L玻璃反應釜內混合物用砂芯漏鬥抽濾，得固體粗產物，用15.0 L丙酮分3次(每次5.0 L)洗滌固體粗產物，除去未反應的1，3-丙二胺，進一步在60°C真空乾燥48h，即得所述的二氧化碳吸收劑。上述二氧化碳吸收劑的製備步驟中，聚丙烯酸3000是指質均分子量為3000 g/mo I的聚丙烯酸。上述二氧化碳吸收劑的製備步驟中，氮氣的純度為99.0%。上述二氧化碳吸收劑的製備步驟中，滴加速度須控制在0.2 L/tT0.3 L/h，且須嚴格控制反應釜內溫度在10°c以下，避免副產物的生成。本發明提供的二氧化碳吸收劑可以在溫度1(T30°C、壓力0.1 MPa的條件下直接用於清除潛艇或宇宙飛船等密閉體系中乾燥的混合氣體中的二氧化碳，在20°C、0.1 MPa吸收條件和30°C、0.0l MPa解吸條件下，每個循環，每克固體胺最多可以清除0.35克二氧化碳。本發明提供的二氧化碳吸收劑可以在飽和吸收後通過減壓的方式進行解吸，從而再生。解吸再生的溫度為2(T30°C，壓力為0.01 MPa，解吸率高於67%。本發明提供的二氧化碳吸收劑及其製備方法與現有技術相比具有以下顯著效果:
1、本發明提供的是一種新型的二氧化碳清除劑，開發了二氧化碳清除劑的新品種。2、本發明提供的二氧化碳吸收劑為固態聚合物，不揮發，無腐蝕性，多次再生後不分解，具有較高的穩定性。3、本發明提供的二氧化碳吸收劑是可再生的，可循環使用，且每個循環具有較高
的清除量。4、本發明提供的二氧化碳吸收劑的製備原料價格低廉，製備方法簡便，所需設備簡單，適宜大規模應用。


圖1示出了本發明測量二氧化碳吸收劑的二氧化碳吸收/解吸能力的裝置的示意圖。
具體實施例方式本發明通過以下實施例說明，但本發明並不限於下述實施例，在不脫離前後所述宗旨的範圍下，變化實施都包含在本發明的技術範圍內。實施例1
將1.0 mo I聚丙烯酸3000和1.5 L四氫呋喃加入到裝有攪拌器和冷凝回流管的5 L玻璃反應釜中，鼓泡通入氮氣I h，氮氣流速20 L/h，在20°C下攪拌48 h，使聚丙烯酸3000溶解；將上述全部聚丙烯酸3000的四氫呋喃溶液滴入盛有40.0 moll, 3-丙二胺和20.0 L無水乙醚的50 L玻璃反應釜中，滴加速度控制在0.2 L/h，控制反應釜內溫度在10°C以下，滴加完畢後，以1°C / min的速度升溫至25°C，並在25°C恆溫攪拌反應24 h ;將50 L玻璃反應釜內混合物用砂芯漏鬥抽濾，得固體粗產物，用15.0 L丙酮分3次(每次5.0 L)洗滌固體粗產物，除去未反應的1，3_丙二胺，進一步在60°C真空乾燥48 h，即得所述的二氧化碳吸收劑，產率96%。實施例2
將1.0 mo I聚丙烯酸3000和1.5 L四氫呋喃加入到裝有攪拌器和冷凝回流管的5 L玻璃反應釜中，鼓泡通入氮氣2 h，氮氣流速20 L/h，在30°C下攪拌48 h，使聚丙烯酸3000溶解；將上述全部聚丙烯酸3000的四氫呋喃溶液滴入盛有40.0 moll, 3-丙二胺和20.0 L無水乙醚的50 L玻璃反應釜中，滴加速度控制在0.3 L/h，控制反應釜內溫度在10°C以下，滴加完畢後，以1°C / min的速度升溫至25°C，並在25°C恆溫攪拌反應36 h ;將50 L玻璃反應釜內混合物用砂芯漏鬥抽濾，得固體粗產物，用15.0 L丙酮分3次(每次5.0 L)洗滌固體粗產物，除去未反應的1，3_丙二胺，進一步在60°C真空乾燥48 h，即得所述的二氧化碳吸收劑，產率97%。
測試實施例1 圖1示意性地示出了用於測量二氧化碳吸收劑的二氧化碳吸收/解吸能力的裝置。上述裝置包括:高壓二氧化碳儲氣罐1-1 (純度大於99.9%)、高壓氮氣儲氣罐1-2 (純度為99.0% )、三通閥2-1、質量流量控制器2-2、混氣罐2-3、乾燥劑(濃硫酸)3、轉子流量控制計
4、閥門5-1至5-6、保溫爐6 (Jeiotech公司0F-23型，保溫範圍(TlOO°C，精度0.1。。)、二氧化碳排氣口(經氫氧化鈉溶液吸收)7。通過如下方式對二氧化碳吸收劑的形態進行統一化加工，並測試二氧化碳吸收/解吸能力:
採用上海盟申公司的分體式造粒機分別對實施例1至實施例2提供的二氧化碳吸收劑進行統一化造粒(造粒條件:擠出溫度120°C，空氣冷卻)，得到直徑I mm、長度2.6 mm的圓柱形粒料。利用圖1所示裝置測試實施例1至實施例2提供的二氧化碳吸收劑的二氧化碳吸收/解吸能力。對於二氧化碳吸收劑的二氧化碳吸收能力測試:將一定質量的圓柱形粒料固體胺加入U形玻璃管中(高100 mm，直徑15 mm)。關閉閥門5-1，5-2，5-3和5-6，打開閥門5-4和5-5，在加熱到預定的吸收溫度之前，對二氧化碳吸收劑排空氣並在30°C真空乾燥5 h。然後關閉閥門5-4和5-5，打開閥門5-6，向U形管內通氮氣。當氮氣壓力達到0.1 MPa時，關閉閥門5-6，打開閥門2和5-1，通入二氧化碳和氮氣的混合氣體(二氧化碳的體積比例為4%)0當混合氣體流速趨於穩定時(約100 mL/min)，關閉閥門5_1，打開閥門5_2和5_3，此時，混合氣體以穩定流速進入U形管。每隔一定時間，打開閥門5-1，關閉閥門5-2和5-3，將U形管從系統中移出，立即密封，用電子天平(精度0.1 mg)確定吸收二氧化碳的質量。將U形管重新接入系統，重複上述操作，直到U形管質量恆定。對於二氧化碳吸收劑的二氧化碳解吸能力測試:將裝有已吸收二氧化碳的圓柱形粒料吸收劑的U形管接入系統，關閉所有閥門。將U形管加熱到解吸溫度，打開閥門5-4和5-5，對系統抽真空，至壓力等於0.01 MPa，開始解吸，解吸過程中，維持系統壓力恆定在0.1MPa。每隔一定時間，關閉閥門5-4和5-5，打開閥門5-6，使U形管充滿氮氣。將U形管從系統中移出，立即密封，用電子天平確定解吸二氧化碳的質量。將U形管重新接入系統，重複上述操作，直到U形管質量恆定。吸收能力測試條件:吸收劑用量20.0 g，吸收壓力0.1 MPa，吸收溫度分別為10℃、201:及301:，混合氣體流速100 mL/min。解吸能力測試條件:解吸壓力0.1 MPa,解吸溫度為20°C和30°C。上述測試中，吸收時間定義為從開始向U形管中通入混合氣體至U形管質量恆定所用時間；解吸時間定義為從將U形管加熱到解吸溫度開始至U形管質量恆定所用時間；清除量定義為二氧化碳吸收劑吸收的總二氧化碳的質量與解吸後殘留的二氧化碳的質量的差值；解吸率定義為二氧化碳吸收劑吸收的總二氧化碳量與解吸後殘留的二氧化碳量的差值與吸收劑吸收的總二氧化碳量之比；吸收時間及解吸時間使用SEIKO精工公司S143型秒表記錄，精度0.01秒。測試結果記錄於表I中。表I
權利要求
1.一種清除密閉體系中的二氧化碳的吸收劑的製備方法，其特徵是具體步驟如下: 將1.0 mo I聚丙烯酸3000和1.5 L四氫呋喃加入到裝有攪拌器和冷凝回流管的5 L玻璃反應釜中，鼓泡通入氮氣廣2 h，氮氣流速20 L/h，在2(T30°C下攪拌48 h，使聚丙烯酸3000溶解；將上述全部聚丙烯酸3000的四氫呋喃溶液滴入盛有40.0 moll, 3-丙二胺和20.0 L無水乙醚的50 L玻璃反應釜中，滴加速度控制在0.2 L/h、.3 L/h，控制反應釜內溫度在10°C以下，滴加完畢後，以1°C / min的速度升溫至25°C，並在25°C恆溫攪拌反應2Γ36 h;將50 L玻璃反應釜內混合物用砂芯漏鬥抽濾，得固體粗產物，用15.0 L丙酮分3次洗滌固體粗產物，每次5.0 L，除去未反應的1，3-丙二胺，進一步在60°C真空乾燥48 h，即得所述的二氧化碳吸收劑。
2.根據權利要求1所述的一種清除密閉體系中的二氧化碳的吸收劑的製備方法，其特徵是上述二氧化碳吸收劑的製備步驟中，聚丙烯酸3000是指質均分子量為3000 g/mol的聚丙烯酸。
3.根據權利要求1所述的一種清除密閉體系中的二氧化碳的吸收劑的製備方法，其特徵是上述二氧化碳吸收劑的製備步驟中，氮氣的純度為99.0%。
4.根據權利要求1所述的一種清除密閉體系中的二氧化碳的吸收劑的製備方法，其特徵是上述二氧化碳吸收劑的製備步驟中，滴加速度須控制在0.2 L/tT0.3 L/h，且須嚴格控制反應釜內溫度在1 0°C以下，避免副產物的生成。
全文摘要
本發明涉及一種清除密閉體系中的二氧化碳的吸收劑的製備方法，屬於新型化工材料領域。所述的製備方法為1.將聚丙烯酸用四氫呋喃溶解；2.將聚丙烯酸的四氫呋喃溶液滴入盛有1,3-丙二胺的反應釜中，使聚丙烯酸與1,3-丙二胺完全反應；3.將反應混合物抽濾，得固體粗產物，用丙酮洗滌固體粗產物並真空乾燥，即得二氧化碳的吸收劑。本發明提供的二氧化碳的吸收劑用於清除潛艇等密閉體系中的二氧化碳，具有清除量高，解吸速度快等特點。
文檔編號B01D53/02GK103203223SQ20131015652
公開日2013年7月17日 申請日期2013年5月2日 優先權日2013年5月2日
發明者徐海濤, 邢躍鵬, 廖建華, 王新壯 申請人:南昌航空大學