一種多胺吸附纖維及其製備方法和用途的製作方法
2023-11-10 16:59:37
專利名稱：一種多胺吸附纖維及其製備方法和用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多胺吸附纖維及其製備方法和該多胺吸附纖維用於吸附富集二氧化碳的用途。
背景技術：
煤和石油等化石燃料佔目前世界上消耗的能源的85％以上。在本世紀，這類燃料仍然佔據主導的地位。然而，化石燃料的燃燒卻向大氣排放了大量的CO2，並可能導致了氣候的變化，即所謂的溫室效應。因此，必須開發有效的技術以控制溫室氣體的排放。而對CO2高選擇性和高吸附容量的吸附劑的開發，無疑是這類技術的關鍵。
目前用於二氧化碳吸附分離的方法主要包括基於溶解或中和反應的吸收法、高比表面積固體吸附劑的吸附法、低溫蒸餾法、和膜分離法等。後兩種方法主要用於從混合氣體中將CO2分離開來。
常用的CO2的吸附材料如沸石、活性炭等在低溫下對二氧化碳具有較高的吸附容量；但當有其它氣體存在時，它們對二氧化碳的選擇性則比較差，並且，當溫度高於30℃時，其對二氧化碳的吸附容量便急劇下降，200℃時對二氧化碳的吸附量幾乎可以忽略不計。
化學吸收對二氧化碳顯示出高的選擇性吸收。常用的溶劑為乙醇胺、碳酸鉀等。但這類方法由於在液相中進行，溶劑的腐蝕性大，因而對反應塔的要求高、再生費用大，且容易發生吸收液的流失，不但增加費用，也帶來環境汙染問題。
目前報導的固相吸附材料對二氧化碳的最高吸附容量均不超過18wt％。
發明內容
本發明的目的在於提供一種多胺吸附纖維及其製備方法和該多胺吸附纖維用於吸附富集二氧化碳的用途。
本發明通過將含有鹼性胺基的高分子包覆在玻璃纖維上，綜合固相吸附劑和鹼性吸收溶劑的優點，製得固態的含豐富胺基的纖維狀吸附劑。該多胺吸附纖維是一種對二氧化碳有高選擇性、高吸附容量，且低揮發性的固相吸附材料，可用於吸附富集二氧化碳，尤其適用於煙道氣中二氧化碳的吸附富集。
本發明的多胺吸附纖維由玻璃纖維和包覆玻璃纖維的外層的聚胺類高分子層構成，聚胺類高分子層重量佔吸附纖維總重量的15～85％；聚胺類高分子層由聚胺類高分子化合物和交聯劑構成，交聯劑重量為聚胺類高分子重量的5％～50％。
所述的聚胺類高分子化合物一般為聚乙烯胺、聚乙撐亞胺或三乙撐四胺。聚胺類高分子的分子量為5000-60000。
所述的交聯劑一般為苯三醯氯、戊二醛、季戊四醇或環氧樹脂。
所述的玻璃纖維可以是玻璃纖維絲或玻璃纖維布。玻璃纖維絲的直徑通常為1μm～50μm。
上述本發明的多胺吸附纖維可通過如下方法製備將聚胺類高分子化合物和交聯劑配成含多胺基的高分子溶液，所用溶劑為水、甲醇、丙酮或二甲基甲醯胺，該高分子溶液中聚胺類高分子的濃度為0.25～50wt％，交聯劑的用量為聚胺類高分子化合物重量的5％～50％；將玻璃纖維浸泡於該含多胺基的高分子溶液中10～120min，然後將已包裹聚胺類高分子層的玻璃纖維乾燥，即得到所需的多胺吸附纖維。
本發明的多胺吸附纖維對二氧化碳有高選擇性和高吸附容量，可用於吸附富集二氧化碳。
本發明的多胺吸附纖維用於吸附富集二氧化碳時，只要將其與含二氧化碳的氣體接觸即可。通常是將多胺吸附纖維與含二氧化碳氣體在60％以上的溼度下接觸0.1～2小時。
本發明的多胺吸附纖維尤其適合用於煙道氣中二氧化碳的大規模富集。
本發明的多胺吸附纖維對二氧化碳的吸附容量可達30wt％。
多胺吸附纖維對二氧化碳的吸附容量的測定，是在動態條件下進行的。使一定溼度的二氧化碳氣體通過多胺吸附纖維，根據恆定溫度下，多胺吸附纖維的增重率，評價多胺吸附纖維對二氧化碳的吸附能力(容量)。
圖1為多胺吸附纖維在空氣中的熱失重情況。顯示在100℃之前，有輕微的失重，這是多胺吸附纖維上吸附水的脫附。之後多胺吸附纖維的重量基本保持穩定，直至250℃左右多胺吸附纖維的失重量才明顯加劇。說明多胺吸附纖維上聚胺類高分子鏈經適度交聯，所得多胺吸附纖維可以保持熱穩定至250℃左右。換言之，該吸附纖維在200℃溫度下使用時，也不會發生吸附劑的明顯流失。
圖2顯示多胺吸附纖維外層中聚胺類高分子的重量與交聯劑的重量的相對比例對該吸附纖維吸附二氧化碳容量的影響。可見，隨著聚胺類高分子的重量與交聯劑的重量的百分比從50∶50升高至90∶10時，吸附纖維對二氧化碳的吸附容量從3wt％升高至20wt％以上。顯示吸附纖維的聚胺類高分子層中，胺基的含量對二氧化碳的吸附起決定性的作用。
具體實施例方式
實施例1配製濃度為10～30wt％的聚乙撐亞胺(分子量60000)丙酮溶液(含多胺基的高分子溶液)，然後加入聚乙撐亞胺重量的10％的環氧樹脂，混合均勻。將直徑為6μm的玻璃纖維絲浸泡於上述溶液中30min，取出包裹了該聚胺類高分子化合物的玻璃纖維，60℃下乾燥，即得到多胺吸附纖維。通過控制高分子溶液濃度的不同，得到不同塗層厚度(不同聚胺類高分子層含量)的多胺吸附纖維。這些吸附纖維中聚胺類高分子層的百分重量及其對二氧化碳的吸附容量如表1所示。
表1
表1顯示隨聚胺類高分子層重量佔吸附纖維總重量的百分比例的提高，其對二氧化碳的吸附量也相應增加。其中當聚胺類高分子層的重量佔吸附纖維的總重量的84.4％以上時，吸附纖維對二氧化碳的吸附量達到了30％以上。
實施例2將濃度為20wt％的聚乙撐亞胺(分子量15000)二甲基甲醯胺溶液，與重量為聚乙撐亞胺重量的5％的環氧樹脂混合均勻，然後將玻璃纖維布浸泡於上述溶液中30min，取出纖維並於65℃下乾燥，得到多胺吸附纖維。吸附纖維在相對溼度為75％時對二氧化碳的吸附量為32wt％。
實施例3將聚乙烯胺的二甲基甲醯胺溶液與環氧樹脂混合，聚乙烯胺與環氧樹脂的重量百分比為90∶10，聚乙烯胺濃度為30wt％；將玻璃纖維布浸泡於該溶液中30min，取出纖維，65℃下乾燥，得到多胺吸附纖維。在25℃下，通過溼度為60％氣流，測得吸附纖維的平衡吸水量為45wt％；隨後通入二氧化碳氣體，控制氣體的溼度也為60％，測得在該溼度下，吸附纖維對二氧化碳的吸附容量為15.6wt％。
實施例4以季戊四醇為交聯劑，將聚乙撐亞胺與季戊四醇混合，聚乙撐亞胺與季戊四醇的重量百分比為90∶10，配成聚乙撐亞胺濃度為30wt％的甲醇溶液，將玻璃纖維浸入該溶液中60min，取出纖維，65℃下乾燥，得到多胺吸附纖維。在25℃下，相對溼度為75％時，測得吸附纖維對二氧化碳的平衡吸附容量為29wt％。
實施例5將三乙撐四胺與環氧樹脂混合，三乙撐四胺與環氧樹脂的重量百分比為70∶30，並稀釋為含5wt％三乙撐四胺的丙酮溶液，將玻璃纖維浸泡於該溶液中，取出纖維，65℃下乾燥，得到多胺吸附纖維。在25℃下，相對溼度為75％時，測得吸附纖維對二氧化碳的平衡吸附容量為17wt％。加熱至140℃，使纖維脫附再生。如此反覆5次，再在25℃下，相對溼度為75％時，測得該吸附材料對二氧化碳的平衡吸附容量為18wt％。證明吸附纖維經140℃加熱後，其吸附容量能夠得到完全的恢復(再生)，且該吸附纖維可以反覆使用。
權利要求
1.一種多胺吸附纖維，其特徵是該吸附纖維由玻璃纖維和包覆玻璃纖維的外層的聚胺類高分子層構成，聚胺類高分子層重量佔吸附纖維總重量的15～85％；聚胺類高分子層由聚胺類高分子化合物和交聯劑構成，交聯劑重量為聚胺類高分子重量的5％～50％。
2.一種如權利要求1所述的吸附纖維，其特徵是所述的聚胺類高分子化合物為聚乙烯胺、聚乙撐亞胺或三乙撐四胺，聚胺類高分子的分子量為5000-60000；所述的交聯劑為苯三醯氯、戊二醛、季戊四醇或環氧樹脂。
3.一種如權利要求1或2所述的吸附纖維，其特徵是所述的玻璃纖維為玻璃纖維絲或玻璃纖維布。
4.一種如權利要求3所述的吸附纖維，其特徵是所述的玻璃纖維絲的直徑為1μm～50μm。
5.權利要求1～4之一所述的多胺吸附纖維的製備方法，其特徵是將聚胺類高分子化合物和交聯劑配成含多胺基的高分子溶液，所用溶劑為水、甲醇、丙酮或二甲基甲醯胺，該高分子溶液中聚胺類高分子的濃度為0.25～50wt％，交聯劑的用量為聚胺類高分子化合物重量的5％～50％；將玻璃纖維浸泡於該含多胺基的高分子溶液中10～120min，然後將已包裹聚胺類高分子層的玻璃纖維乾燥，即得到所需的多胺吸附纖維。
6.權利要求1～4之一所述的吸附纖維用於吸附富集二氧化碳。
7.按照權利要求6所述的應用，其特徵是將所述的吸附纖維與含二氧化碳的氣體接觸0.1～2.0小時。
8.按照權利要求6所述的應用，其特徵是將所述的吸附纖維與含二氧化碳的氣體在60％以上的溼度下接觸0.1～2小時。
全文摘要
本發明涉及一種多胺吸附纖維及其製備方法和用途。該吸附纖維由玻璃纖維和包覆玻璃纖維的外層的聚胺類高分子層構成，聚胺類高分子層重量佔吸附纖維總重量的15～85％；聚胺類高分子層由聚胺類高分子化合物和交聯劑構成，交聯劑重量為聚胺類高分子重量的5％～50％。將玻璃纖維浸漬於含有由聚胺類高分子化合物和交聯劑組成的溶液中，使玻璃纖維包覆一層聚胺類高分子層，得到多胺吸附纖維。該多胺吸附纖維用於吸附富集二氧化碳，其對二氧化碳的吸附容量可達30wt％。本發明對於煙氣中二氧化碳的大規模富集，減少二氧化碳向大氣的排放，控制溫室效應，以及開發二氧化碳的應用，都具有深遠社會意義和經濟效益。
文檔編號B01J20/30GK1657156SQ20041005259
公開日2005年8月24日 申請日期2004年12月9日 優先權日2004年12月9日
發明者陳水挾, 嶽中仁 申請人:中山大學