[发明专利]一种用于CO2吸附的核壳结构材料的合成

摘要

本发明公开一种核壳结构多孔球形颗粒，用于流化床工艺吸附CO2。材料基体由丙烯酰胺和甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合而成，吸附主体是聚乙烯亚胺(PEI)。通过微乳液聚合后，材料呈多孔核壳结构。聚丙烯酰胺作为壳层，具有较高玻璃化温度，确保材料具有较高硬度，满足流化床工艺中耐磨要求。疏水的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯作为内核层，覆盖在壳体表面，分子链上的环氧基团与PEI发生开环反应，可将PEI牢固连接在内核表面，并形成对PEI分子链上伯胺的保护，保证PEI循环稳定性。在聚丙烯酰胺壳体表面均匀覆盖一层疏水的丙烯酸酯，明显改善其抗湿性。此外，PEI的特殊负载方式，使材料具有高的抗氧化和脲化能力。综合这些性能，确保材料长生命周期运行。

主权项

1.一种用于CO2吸附的核壳结构材料的合成，具体合成方法如下所示：(1)称取质量比为4:1‑7:3的丙烯酰胺单体和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺交联剂，加入质量分数为21％‑29％的乳化剂和质量分数为80％‑84％的去离子水，然后一起溶解在圆底烧瓶中作为水相；称取质量比为2：3‑3：2的甲基丙烯酸缩水甘油酯单体和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯交联剂，加入质量分数为6％‑17％的乳化剂，然后一起溶解在质量分数为91％‑93％的甲苯中，作为油相，其中，油相的体积分数为75％‑85％，在1000r/min的转速下，将搅拌溶解好的油相滴入水相中，滴完后，再搅拌5‑10min，得到稳定的乳液，然后将乳液取出，用高速搅拌机在5000r/min的转速下高速搅拌5min，制备出水包油微乳液；(2)为保证两种聚合反应在水相和油相中同时发生，基于反应的差异性，分别采用了两种不同的氧化还原引发体系；其中水相采用水溶性的氧化还原引发体系，根据其体系特性，氧化剂添加到步骤(1)中的高速搅拌过程中，质量分数为2％‑5％，还原剂添加到步骤(4)中的悬浮聚合过程中，质量分数为6％‑5％，油相使用油溶性的氧化还原引发体系，根据其体系特性，氧化剂添加到步骤(1)中的油相制备过程中，质量分数为1％‑3％，还原剂添加到步骤(1)中的高速搅拌过程中，质量分数为2％‑3％；(3)为保证悬浮聚合前两种聚合反应均不能发生，制备乳液时须在低温条件下进行，整个步骤(1)可全程在冰浴中进行，用这种方式使乳液温度降至0℃；(4)将步骤(1)制备的水包油微乳液倒入一定量的第三相(油相)中，温度为60℃，在250r/min的转速下进行悬浮聚合，聚合时进行氮气保护，在此温度下，两种聚合反应同时引发，形成复合结构，待固化成球后，将小球捞出，用乙醇将残留在小球中的第三相清洗干净，然后放在60℃的烘箱中干燥6小时；(5)将步骤(4)得到的干燥小球浸渍一定质量分数的聚乙烯亚胺(PEI)甲醇溶液，再用真空干燥箱烘干以后，得到适用于流化床工艺的具有CO2捕集功能的呈核壳结构的多孔球形颗粒；其中，聚乙烯亚胺(PEI)甲醇溶液的质量分数计算如下：m1/m2×100％m1为PEI的质量，m2为PEI和甲醇的总质量；其他各相中物质的质量分数分别是根据各相单体与交联剂的总质量计算得到的。