[发明专利]一种用于二氧化碳吸附的多孔纳米纤维材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于二氧化碳吸附的多孔纳米纤维材料及其制备方法，属于二氧化碳吸附技术领域。

背景技术

近年来，全球变暖是人类面临的重大环境问题之一，也是21世纪人类面临的严峻挑战之一。全球变暖的罪魁祸首温室气体中的二氧化碳排放量尤为显著，是造成温室效应的最主要气体。因此，二氧化碳的捕集、利用与封存被认为是解决二氧化碳减排问题的关键举措并逐渐成为科学界的研究热点。其中，吸附分离捕集技术具有效率高、能耗低、吸脱附循环稳定等优点，已成为最具发展潜力的二氧化碳捕集技术之一。

开发新型吸附材料是碳捕集技术的关键。目前，大量研究的吸附材料主要有：利用化学吸附的沸石分子筛、基于物理吸附的多孔碳材料以及具有超高比表面积的金属有机框架等材料。上述多孔材料虽具有一定的二氧化碳吸附性能，但其均以颗粒形式存在，在燃煤电厂烟道气的特定环境下使用时，存在易粉化、吸附量和吸脱附循环性能迅速降低以及使用后难以分离回收的缺陷，限制了其可操作性和实际应用性能。多孔纳米纤维材料以其连续性好、孔道结构丰富和具有一定的比表面积等结构优势，可有效克服颗粒材料因其结构不连续性和易粉化所带来的应用缺陷，在二氧化碳吸附领域表现出巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于二氧化碳吸附的多孔纳米纤维材料及其制备方法，以解决上述颗粒状多孔材料在使用过程中普遍存在易粉化、吸附量和吸脱附循环性能迅速降低的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于二氧化碳吸附的多孔纳米纤维材料，其特征在于，包括多孔纳米纤维，所述的多孔纳米纤维经水解后与含氨基化合物或聚合物进行水热反应，得到用于二氧化碳吸附的多孔纳米纤维材料。

本发明还提供了上述的用于二氧化碳吸附的多孔纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：制作多孔纳米纤维；

步骤2：配制含有质量分数为60～78％无水乙醇、20～30％去离子水和2～20％氢氧化钠的混合溶液，将多孔纳米纤维浸入上述混合溶液中，在70～100℃下水浴加热反应5～15min，将反应后的纤维在0.05～0.15mol/L盐酸中浸泡2～10min后用去离子水洗涤至中性，50～70℃下烘干，得到水解多孔纳米纤维；

步骤3：将水解多孔纳米纤维置于质量分数为5～50％的含氨基化合物或聚合物的水溶液中，在80～100℃条件下水热反应3～6h后取出，用去离子水洗涤至中性，50～70℃下烘干，制得用于二氧化碳吸附的多孔纳米纤维材料。

优选地，所述的多孔纳米纤维的孔径为5～50nm，孔隙率为80～95％。

优选地，所述的多孔纳米纤维的制备方法包括：

第一步：在室温下，在搅拌釜中将纺丝用的至少一种水溶性聚合物和至少一种非水溶性聚合物搅拌溶解于溶剂中，得到质量分数为8～40％的电纺原料，将得到的电纺原料加入到静电纺丝装置中进行静电纺丝，得到复合纳米纤维模板材料；

第二步：将第一步得到的复合纳米纤维模板材料置于水热反应釜中，加入去离子水，在80～120℃下水热反应6～12h，以去除复合纳米纤维模板材料中所含的水溶性聚合物，50～70℃下烘干，得到多孔纳米纤维。

优选地，所述第一步中的搅拌速度为100～2500r/min，搅拌时间为8～24h。

优选地，所述第一步中的静电纺丝条件为：静电压为15～40kV，注射泵流速为0.5～4mL/h，喷丝头距接收屏距离为8～30cm。

优选地，所述的水溶性聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乳酸、聚己内酯、聚羟基乙酸、聚羟基链烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚丙烯酸树酯、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚马来酸酐、聚季胺盐、聚氨基酸中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述的非水溶性聚合物为聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚吡咯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯中的一种或两种以上的混合物。