[发明专利]复合材料、其制备和气体净化用途

说明书

本文公开一种将包含介孔二氧化硅、介孔碳、介孔氧化锌、膨润土及高岭土的无机介孔或类介孔材料分散于交联聚合物形成的聚合物基质中而形成的复合材料。所述交联聚合物含酸性或碱性残基，其中，所述碱性残基由具有至少一个烯键和酰胺官能团(如丙烯酰胺)的单体材料形成以及所述酸性残基由具有至少一个烯键和羧酸官能团(如丙烯酸)的单体材料形成。所述交联聚合物还可选进一步包含接枝于所述无机介孔材料上的酸性或碱性残基。所得复合材料可用于去除待处理气体中的酸性或碱性杂质，且易于再生。

技术领域

本发明涉及可模塑为任何所需形状且可用于净化气体中的酸性和/或碱性杂质的有机和无机复合材料的开发。

背景技术

化石燃料作为一种不可再生的能源，预计将在21世纪末耗尽。其中，炼油工艺当中通过原油分馏获得的汽油和柴油尤其为当代汽车的主要燃料来源。然而，汽油和柴油的燃烧可产生对环境有害的NO_x、SO_x、H₂S及微粒排放物等不受欢迎的化合物。由于化石燃料预计将快速衰竭且污染环境，因此促使人们为此类车辆寻求更加清洁的替代动力系统。

内燃机车辆的其中一种候选替代方案为燃料电池动力车辆。经预计，燃料电池车辆的效率高于汽油发动机车辆(有可能达到后者的三倍)。这是因为燃料电池的效率远高于现有的内燃机(Kojima Y.等，《国际氢能杂志》(International Journal of HydrogenEnergy)，2002年，27卷，第10期，1029～1034页)。

阻碍燃料电池动力车辆进入市场的其中一个因素是，纯净氢气难以获得且生产成本较高。目前，主要的产氢方法为天然气或其他碳氢化合物的蒸汽重整法(Chinnappan A.等，《国际氢能杂志》，2012年，37卷，第13期，10240～10248页)。利用太阳能和风能等可再生能源电解水为另一种产氢方法。然而，此类方法成本较高且效率较低，因此并不常用(JanaP.等，《国际氢能杂志》，2012年，37卷，第8期，7034～7041页)。

氢气的另一替代来源为工业生产工艺中的氢气副产物，其中，具有代表性的例子为氯碱工艺。氯碱厂在为其他用途生产氯气的同时，还排放出大量的氢气副产物。然而，已知的是，此类排放氢气所含的氯离子杂质可对燃料电池的性能造成不利影响(S.M.M.Ehteshami等，《工业与工程化学杂志》(Journal of Industrial and EngineeringChemistry)，2016年，34卷，1～8页)。因此，此类排放氢气只有净化至能够接受的纯净度后，才能用于氢燃料电池系统。

表1：以1小时为间隔取样的四种气体样品中的杂质浓度

上表1所示为新加坡国内氯碱厂排放的氢气尾气所含杂质浓度。传统上，酸性气体通过烷醇胺水溶液的气液吸脱附工艺去除。常用的烷醇胺包括单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)及甲基二乙醇胺(MDEA)(H.Y.Huang等，《工业与工程化学研究》(Industrial&Engineering Chemistry Research)，2003年，42卷，2427～2433页)。虽然该气体吸附工艺已成为一项广泛应用的成熟技术，但是由于烷醇胺溶液的再生需要消耗大量的能量，因此其具有高能耗的缺点。此外，该工艺还存在腐蚀问题。

因此，仍然需要一种去除工业生产气体副产物中的酸性(或碱性)杂质的改进方法，以降低此类杂质的去除成本，并提高其去除效率，从而尤其有助于开启燃料电池这一行业的商业化进程。

发明内容

在本发明中，我们开发出旨在用于气体净化的有机和无机模塑复合材料及其制备方法。

因此，本发明的第一方面提供一种复合材料，含有：

颗粒状吸附材料；以及

含酸性或碱性残基的交联聚合物，其中，