论文部分内容阅读
固体胺吸附剂是一类制备方法简单、CO2吸附效率高且能耗低的吸附材料;氨基酸离子液体作为CO2吸收材料不仅安全环保,而且耐热、耐氧化性能高,制备富氨基酸离子液体的固体吸附剂将具备良好的吸附性能和热稳定性。本研究概述了CO2捕集技术以及固体吸附材料的研究进展,首先合成了一系列的氨基酸离子液体,通过负载法制备出富含氨基酸离子液体的PMMA(聚甲基烯酸甲酯)固体吸附剂;然后合成了聚苯乙烯-二烯丙基氯化铵多孔微球(HCP(St-DMDAAC)微球),并通过离子交换与酸碱中和反应,制备了富含氨基酸的P(St-DMDAAC)-AA吸附剂;并研究了影响HCP(St-DMDAAC)微球和HCP(St-DMDAAC)-AA吸附剂的微孔性能以及CO2吸附性能的因素。首先离子交换将氯化胆碱(CH)中的Cl-交换为OH-,然后经过酸碱中和反应制备了含氨基酸阴离子(甘氨酸(Gly),组氨酸(His),天冬氨酸(Asp),色氨酸(Trp))的[CH][AA]氨基酸离子液体,在负压下将PMMA微球浸渍在氨基酸离子液体中制得含[CH][AA]的PMMA吸附剂;通过FTIR、1H-NMR表征其结构,SEM表征吸附剂的形貌特征;比表面积及孔径分析仪表征其比表面积及孔结构的变化。结果表明:含[CH][Gly]的PMMA吸附剂的比表面积随[CH][Gly]浓度增大而减小;TGA(热重分析仪)及BET(比表面积及孔径分析仪)分析表明吸附剂不仅具有良好的化学吸附性能,还具有一定的物理吸附能力。[CH][Gly]浓度越高,PMMA[CH][Gly]的吸附能力越高;当含[CH][Gly]的PMMA吸附剂的[CH][Gly]负载量为53.5±0.5wt%时,CO2吸附量高达15wt%(298K/1bar下)。我们进一步合成了多孔微球,通过接枝法制备了富氨基酸的多孔吸附剂。选择苯乙烯(St)和二甲基二稀丙基氯化铵(DMDAAC)在醇水介质中共聚,得到P(St-DMDAAC)共聚微球。通过Friedel-Crafts烷基化反应制得HCP(St-DMDAAC)多孔微球,然后通过离子交换使HCP(St-DMDAAC)多孔微球中的Cl-离子交换为OH-离子,再经过酸碱中和反应引入氨基酸,得到含氨基酸的HCP(St-DMDAAC)-AA微球。FTIR表征结果证明P(St-DMDAAC)-AA微球成功合成;SEM、TEM显示,P(St-DMDAAC)微球表面光滑,粒径大小均一,分布在1.6-1.8um,而HCP(St-DMDAAC)化微球表面凹凸不平,具有交联网状结构。比表面积及孔径分布仪测试微球的比表面积和孔结构,得到HCP(St-DMDAAC)的比表面为1153m2/g,表明多孔固体吸附剂成功制备。我们研究了合成条件对微球形貌和比表面积等特性的影响,并详细分析了HCP(St-DMDAAC)多孔微球和HCP(St-DMDAAC)-AA吸附剂的吸附性能。采用SEM表征微球的形貌,发现随着单体浓度的增加或者是单体中St的摩尔分数增加,P(St-DMDAAC)微球和HCP(St-DMDAAC)微球的尺寸均逐渐变小,总体变化范围不大。单体浓度对HCP(St-DMDAAC)多孔微球的比表面积影响很小,而单体的摩尔比变化会影响HCP(St-DMDAAC)微球的比表面积。St和DMDAAC的摩尔比为5:1时,HCP(St-DMDAAC)多孔微球的BET比表面积最大,达1153m2/g。TGA及BET分析了HCP(St-DMDAAC)多孔微球和HCP(St-DMDAAC)-Gly吸附剂的吸附性能,在273K/1bar下,HCP(St-DMDAAC)的CO2吸附量最高能达到31wt%,而接枝了氨基酸的吸附剂的吸附量高达60wt%,说明这两种吸附剂都具有优异的CO2吸附性能。本文所制备的一系列富氨基酸固体吸附剂,原料易得、操作方法简单,对CO2吸收效率高、能耗低,将会成为气体吸附领域中非常有发展潜力的材料。