本發(fā)明涉及分離空氣中co2的，特別涉及一種濕度響應(yīng)型co2分離材料及其制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、直接空氣碳捕集技術(shù)（dac）因其能夠直接從大氣中捕集過量排放的co2，實(shí)現(xiàn)co2凈負(fù)排放；同時(shí)，利用直接空氣碳捕集技術(shù)（dac）將捕集的co2從空氣中的分離并加以利用，形成碳循環(huán)閉環(huán)，有望實(shí)現(xiàn)co2凈零排放目標(biāo)。

2、濕度響應(yīng)型吸附劑作為一種新型的co2分離材料引起了研究者的關(guān)注。這類材料利用某些吸附劑與co2的反應(yīng)平衡可通過環(huán)境水汽分壓調(diào)節(jié)的特性，構(gòu)建“吸附-解吸-再生”循環(huán)來實(shí)現(xiàn)co2的高效分離。其獨(dú)特之處在于co2的脫附與材料再生過程是通過空氣與吸附劑氣固界面的水蒸發(fā)來驅(qū)動的，不依賴高品位熱源，因此具有顯著降低能耗與運(yùn)行成本的潛力。但是，相關(guān)技術(shù)中，濕度響應(yīng)型吸附劑co2捕集容量相對較低（通常小于1?mmol/g），且多數(shù)僅適用于干燥或低濕度（相對濕度rh＜30%）的空氣環(huán)境中，適用范圍窄，在rh≥30%時(shí)，往往存在co2捕集容量下降的問題；高濕度響應(yīng)與大容量co2捕集難以兼得。

3、因此有必要提供一種co2捕集容量高且濕度適應(yīng)范圍廣的濕度響應(yīng)型吸附劑來提升從空氣中分離co2的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出了一種濕度響應(yīng)型co2分離材料及其制備與應(yīng)用，用于解決如何提高co2捕集容量及濕度適應(yīng)范圍的問題。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N濕度響應(yīng)型co2分離材料的制備方法，包括以下步驟：

3、s1.將纖維素分散于良溶劑體系中以破壞氫鍵，得到分散均勻、羥基活性位點(diǎn)豐富的纖維素；

4、s2.將叔胺聚合物溶液滴加至所述纖維素溶液中，加入交聯(lián)劑進(jìn)行williamson醚化反應(yīng)后，再加入季銨鹽化合物水溶液攪拌反應(yīng)，而后進(jìn)行熱處理，漂洗后，得改性纖維素；

5、s3.將改性纖維素浸泡于強(qiáng)堿弱酸鹽溶液中，進(jìn)行離子交換，再用醇漂洗后干燥，即得濕度響應(yīng)型co2分離材料；所述強(qiáng)堿弱酸鹽含有3價(jià)陰離子。

6、優(yōu)選的，良溶劑包括咪唑氯鹽離子液體、氫氧化鈉/尿素混合液中的一種或幾種；所述纖維素為i型纖維素，其為雙鏈交替排列結(jié)構(gòu)，其晶體密度為(1.59-1.61)?g·cm-3，粘均分子量為(10-20)×104。

7、優(yōu)選的，叔胺聚合物包括聚乙烯基咪唑、聚乙烯吡啶中的一種或幾種。

8、優(yōu)選的，季銨鹽化合物包括3-氯-2-羥基丙基氯化銨、（3-氯-2-羥基丙基）十二烷基二甲基氯化銨、2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨中的一種或幾種。

9、優(yōu)選的，強(qiáng)堿弱酸鹽包括磷酸鈉、磷酸二氫鈉、硅酸鈉、硼酸鈉中的一種或幾種。

10、優(yōu)選的，步驟s2中，所述熱處理溫度為40-80℃。

11、優(yōu)選的，交聯(lián)劑包括環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧溴丙烷、二氯乙烷、二溴乙烷中的一種或幾種。

12、優(yōu)選的，纖維素與叔胺聚合物的質(zhì)量比為1:?(0.5-1.5)。

13、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N濕度響應(yīng)型co2分離材料，其包括纖維素以及負(fù)載于所述纖維素的叔胺基團(tuán)、季銨鹽基團(tuán)和咪唑鎓鹽基團(tuán)。

14、第三方面，本申請?zhí)峁┮环N濕度響應(yīng)型co2分離材料在分離空氣中co2中的應(yīng)用，其中，30%≤空氣濕度≤60%。

15、綜上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到了以下技術(shù)效果：本申請以可再生的纖維素為原料載體，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)控載體的物理結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對空氣中co2高效吸附并提高對濕度（≤60%）的感應(yīng)靈敏度。

技術(shù)特征：

1.一種濕度響應(yīng)型co2分離材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度響應(yīng)型co2分離材料的制備方法，其特征在于，所述良溶劑包括咪唑氯鹽離子液體、氫氧化鈉/尿素混合液中的一種或幾種；所述纖維素為i型纖維素，其為雙鏈交替排列結(jié)構(gòu)，其晶體密度為

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度響應(yīng)型co2分離材料的制備方法，其特征在于，所述叔胺聚合物包括聚乙烯基咪唑、聚乙烯吡啶中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度響應(yīng)型co2分離材料的制備方法，其特征在于，所述季銨鹽化合物包括3-氯-2-羥基丙基氯化銨、（3-氯-2-羥基丙基）十二烷基二甲基氯化銨、2,3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨中的一種或幾種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度響應(yīng)型co2分離材料的制備方法，其特征在于，所述強(qiáng)堿弱酸鹽包括磷酸鈉、磷酸二氫鈉、硅酸鈉、硼酸鈉中的一種或幾種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度響應(yīng)型co2分離材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述熱處理溫度為40-80℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度響應(yīng)型co2分離材料的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑包括環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧溴丙烷、二氯乙烷、二溴乙烷中的一種或幾種。

8.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度響應(yīng)型co2分離材料的制備方法，其特征在于，所述纖維素與叔胺聚合物的質(zhì)量比為1:?(0.5-1.5)。

9.一種如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法得到的濕度響應(yīng)型co2分離材料，其特征在于，其包括纖維素以及負(fù)載于所述纖維素的叔胺基團(tuán)、季銨鹽基團(tuán)和咪唑鎓鹽基團(tuán)。

10.一種如權(quán)利要求9所述的濕度響應(yīng)型co2分離材料在分離空氣中co2中的應(yīng)用，其特征在于，空氣濕度≤60%。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開一種濕度響應(yīng)型CO2分離材料及其制備與應(yīng)用，制備方法包括將纖維素分散于良溶劑中，得到分散均勻、羥基活性位點(diǎn)豐富的纖維素溶液；將叔胺聚合物溶液滴加至所述纖維素溶液中，加入交聯(lián)劑進(jìn)行Williamson醚化反應(yīng)后，再加入季銨鹽化合物水溶液攪拌反應(yīng)，而后進(jìn)行熱處理，漂洗后，得改性纖維素；將改性纖維素浸泡于強(qiáng)堿弱酸鹽溶液中，進(jìn)行離子交換，再用醇漂洗后干燥，即得濕度響應(yīng)型CO2分離材料；本申請以可再生的纖維素為原料載體，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)控載體的物理結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對空氣中CO2高效吸附并提高對濕度（≤60%）的感應(yīng)靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：張作泰,彭雄,顏楓,許繼云
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深碳科技（深圳）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19