一种用于CO2捕集的新型复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于CO2捕集的新型复合材料及其制备方法，涉及气体分离技术领域。本发明专利技术制备方法具体包括以下步骤：步骤一，对生物质基体表面进行化学改性，得到具备活性表面的生物质基体，随后将其浸入合成MOF材料的金属盐溶液；步骤二，待金属离子充分浸润改性生物质基之后，加入合成MOF材料的有机配体溶液，进一步按照MOF的合成工艺将MOF颗粒负载在改性生物质基上，得到MOF/生物质基材料。本发明专利技术采用简单易行且成本低廉的方法制备出环境友好的MOF/生物质基胺化的复合材料改性的生物质基表面易于MOF纳米颗粒的负载，且晶体形貌保持良好，复合材料具备大量的微孔结构以及较高的孔隙度，吸附比高。吸附比高。吸附比高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于CO2捕集的新型复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于气体分离
，特别是涉及一种用于CO2捕集的新型复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，受温室气体CO2的影响，全球气温不断升高，给人类的生存环境带来极大的挑战。我国制定出碳达峰、碳中和的“双碳”目标，在此背景下，碳捕集和封存(CCUS)技术对这一目标的实现意义重大。目前工厂对燃烧后CO2的捕集手段一般为溶剂吸收法、膜分离法、低温蒸馏法、吸附分离法等。其中吸附分离法由于再生能耗低、操作简便等优势而在CO2捕集技术中备受关注。MOF材料是一种性能稳定的物理吸附材料，但由于自身颗粒性质而成型困难，在实际应用中性能削减严重且回收困难；用于化学吸附的胺类溶剂在工业分离CO2时反应速率快、稳定性好，然而吸收剂损失严重，再生能耗较高。
[0003]本专利技术针对碳捕集环节中MOF材料和化学胺类试剂存在的固有缺陷而提出的新型复合材料的制备技术，将MOF颗粒负载于生物质基体之上，并进行胺化处理，从而获得新型的CO2捕集复合材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于CO2捕集的新型复合材料及其制备方法，解决现有的MOF材料操作难、回收难、胺类吸收剂损失严重、再生能耗高的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术为一种用于CO2捕集的新型复合材料，所述复合材料生产所需要的原料具体包括：
[0007]生物质基体、合成MOF材料的金属盐溶液、合成MOF材料的有机配体溶液、胺类试剂。
[0008]一种用于CO2捕集的新型复合材料的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：
[0009]步骤一，对生物质基体表面进行化学改性，得到具备活性表面的生物质基体，随后将其浸入合成MOF材料的金属盐溶液；
[0010]步骤二，待金属离子充分浸润改性生物质基之后，加入合成MOF材料的有机配体溶液，进一步按照MOF的合成工艺将MOF颗粒负载在改性生物质基上，得到MOF/生物质基材料；
[0011]步骤三，将胺类试剂溶于合适的溶剂中，配置成一定浓度的胺溶液，将步骤一中的MOF/生物质基材料浸入该溶液中，在一定条件下完成胺化处理；
[0012]步骤四，洗涤、干燥后得到MOF/生物质基的胺化复合材料，可以对CO2进行捕集。
[0013]优选地，所述步骤一中的生物质基体是轻木、杨木、杉木、椴木、竹材、棉花、甘蔗、柚子皮、秸秆及木材气凝胶中的一种。
[0014]优选地，所述步骤一中的化学改性方法包括Tempo(2,2,6,6－四甲基哌啶氮氧自由基)介导氧化，NaOH碱化，羧基化等处理手段等，化学改性工艺的温度为10
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100℃，pH为2
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14，时间为4
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48h。
[0015]优选地，所述步骤一中合成MOF的金属盐溶液包括金属为Cu、Mg、Zn、Cr、Co、Ce、Ni或Zr的醋酸盐、硝酸盐、硫酸盐或氯盐等配制成的溶液；步骤二中有机配体溶液为对苯二甲酸、2,5－二羟基对苯二甲酸、2,5－二氨基对苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸、二甲基咪唑等配制成的溶液，溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇、乙醇、去离子水等。
[0016]优选地，所述步骤一中使改性生物质基在合成MOF的金属盐溶液中充分浸润的方法为真空浸渍、机械搅拌、超声分散、微波加热等，浸润工艺的时间为1
‑
24h，温度为10
‑
150℃。
[0017]优选地，所述步骤二中MOF/生物质基材料制备工艺包括原位生长法和溶剂热法，其中原位生长法的反应温度为10
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200℃，pH为2
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12，反应时间为1
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72h；溶剂热法的反应温度为100
‑
200℃，pH为2
‑
12，反应时间为1
‑
72h。
[0018]优选地，所述步骤三中胺类试剂包括3
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(2－氨基乙基氨基)丙基甲基二甲氧基硅烷(APS)、乙二胺(EDA)、乙醇胺(MEA)、二乙胺(DEA)等，溶剂包括乙醇、叔丁醇、正己烷、去离子水等，胺溶液配制的浓度为1
‑
10wt％。
[0019]优选地，所述步骤三中胺化工艺的温度为10
‑
100℃，pH为2
‑
7，时间为10
‑
48h，用去离子水洗涤1
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5次，步骤四中干燥方法为冷冻干燥，温度为
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30至
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70℃，时间为1
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24h。
[0020]本专利技术具有以下有益效果：
[0021]1、本专利技术采用简单易行且成本低廉的方法制备出环境友好的MOF/生物质基胺化的复合材料改性的生物质基表面易于MOF纳米颗粒的负载，且晶体形貌保持良好，复合材料具备大量的微孔结构以及较高的孔隙度，吸附比高。
[0022]2、本专利技术制备方法要求简单，工艺简单易行，在CO2捕集应用中有极大的潜力，良好的机械性能、利用可重复性、灵活的可操作性对于新型工业CO2吸附材料至关重要。
[0023]3、本专利技术对于新型CO2吸附材料以及其他气体吸附分离的研究具有极大的意义和应用价值。
[0024]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为APS/MOF
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199/Tempo化木材气凝胶复合材料的SEM图；
[0027]图2为DEA/UiO
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66/Tempo化木材气凝胶复合材料和EDA/ZIF
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8/Tempo化木材复合材料对CO2的吸附等温线。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它
实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”、“下”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0030]请参阅图1
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2所示，本专利技术为一种用于CO2捕集的新型复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于CO2捕集的新型复合材料，其特征在于，所述复合材料生产所需要的原料具体包括：生物质基体、合成MOF材料的金属盐溶液、合成MOF材料的有机配体溶液、胺类试剂。2.一种用于CO2捕集的新型复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：步骤一，对生物质基体表面进行化学改性，得到具备活性表面的生物质基体，随后将其浸入合成MOF材料的金属盐溶液；步骤二，待金属离子充分浸润改性生物质基之后，加入合成MOF材料的有机配体溶液，进一步按照MOF的合成工艺将MOF颗粒负载在改性生物质基上，得到MOF/生物质基材料；步骤三，将胺类试剂溶于合适的溶剂中，配置成一定浓度的胺溶液，将步骤一中的MOF/生物质基材料浸入该溶液中，在一定条件下完成胺化处理；步骤四，洗涤、干燥后得到MOF/生物质基的胺化复合材料，可以对CO2进行捕集。3.根据权利要求2所述的一种用于CO2捕集的新型复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的生物质基体是轻木、杨木、杉木、椴木、竹材、棉花、甘蔗、柚子皮、秸秆及木材气凝胶中的一种。4.根据权利要求2所述的一种用于CO2捕集的新型复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的化学改性方法包括Tempo(2,2,6,6－四甲基哌啶氮氧自由基)介导氧化，NaOH碱化，羧基化等处理手段，化学改性工艺的温度为10
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100℃，pH为2
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14，时间为4
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48h。5.根据权利要求2所述的一种用于CO2捕集的新型复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中合成MOF的金属盐溶液包括金属为Cu、Mg、Zn、Cr、Co、Ce、Ni或Zr的醋酸盐、硝酸盐、硫酸盐或氯盐等配制成的溶液；步骤二中有机配体溶液为对苯二甲酸、2,5－二羟基对苯二甲酸、2,5－二氨基对苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸、二甲基咪唑等配制成的溶液，溶剂为N,N

【专利技术属性】
技术研发人员：朱刚，张旭鹏，雷洪，席雪东，李凯钱，张朝岭，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：