专利名称：一种多胺吸附纤维及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多胺吸附纤维及其制备方法和该多胺吸附纤维用于吸附富集二氧化碳的用途。
背景技术：
煤和石油等化石燃料占目前世界上消耗的能源的85％以上。在本世纪，这类燃料仍然占据主导的地位。然而，化石燃料的燃烧却向大气排放了大量的CO2，并可能导致了气候的变化，即所谓的温室效应。因此，必须开发有效的技术以控制温室气体的排放。而对CO2高选择性和高吸附容量的吸附剂的开发，无疑是这类技术的关键。
目前用于二氧化碳吸附分离的方法主要包括基于溶解或中和反应的吸收法、高比表面积固体吸附剂的吸附法、低温蒸馏法、和膜分离法等。后两种方法主要用于从混合气体中将CO2分离开来。
常用的CO2的吸附材料如沸石、活性炭等在低温下对二氧化碳具有较高的吸附容量；但当有其它气体存在时，它们对二氧化碳的选择性则比较差，并且，当温度高于30℃时，其对二氧化碳的吸附容量便急剧下降，200℃时对二氧化碳的吸附量几乎可以忽略不计。
化学吸收对二氧化碳显示出高的选择性吸收。常用的溶剂为乙醇胺、碳酸钾等。但这类方法由于在液相中进行，溶剂的腐蚀性大，因而对反应塔的要求高、再生费用大，且容易发生吸收液的流失，不但增加费用，也带来环境污染问题。
目前报道的固相吸附材料对二氧化碳的最高吸附容量均不超过18wt％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多胺吸附纤维及其制备方法和该多胺吸附纤维用于吸附富集二氧化碳的用途。
本发明通过将含有碱性胺基的高分子包覆在玻璃纤维上，综合固相吸附剂和碱性吸收溶剂的优点，制得固态的含丰富胺基的纤维状吸附剂。该多胺吸附纤维是一种对二氧化碳有高选择性、高吸附容量，且低挥发性的固相吸附材料，可用于吸附富集二氧化碳，尤其适用于烟道气中二氧化碳的吸附富集。
本发明的多胺吸附纤维由玻璃纤维和包覆玻璃纤维的外层的聚胺类高分子层构成，聚胺类高分子层重量占吸附纤维总重量的15～85％；聚胺类高分子层由聚胺类高分子化合物和交联剂构成，交联剂重量为聚胺类高分子重量的5％～50％。
所述的聚胺类高分子化合物一般为聚乙烯胺、聚乙撑亚胺或三乙撑四胺。聚胺类高分子的分子量为5000-60000。
所述的交联剂一般为苯三酰氯、戊二醛、季戊四醇或环氧树脂。
所述的玻璃纤维可以是玻璃纤维丝或玻璃纤维布。玻璃纤维丝的直径通常为1μm～50μm。
上述本发明的多胺吸附纤维可通过如下方法制备将聚胺类高分子化合物和交联剂配成含多胺基的高分子溶液，所用溶剂为水、甲醇、丙酮或二甲基甲酰胺，该高分子溶液中聚胺类高分子的浓度为0.25～50wt％，交联剂的用量为聚胺类高分子化合物重量的5％～50％；将玻璃纤维浸泡于该含多胺基的高分子溶液中10～120min，然后将已包裹聚胺类高分子层的玻璃纤维干燥，即得到所需的多胺吸附纤维。
本发明的多胺吸附纤维对二氧化碳有高选择性和高吸附容量，可用于吸附富集二氧化碳。
本发明的多胺吸附纤维用于吸附富集二氧化碳时，只要将其与含二氧化碳的气体接触即可。通常是将多胺吸附纤维与含二氧化碳气体在60％以上的湿度下接触0.1～2小时。
本发明的多胺吸附纤维尤其适合用于烟道气中二氧化碳的大规模富集。
本发明的多胺吸附纤维对二氧化碳的吸附容量可达30wt％。
多胺吸附纤维对二氧化碳的吸附容量的测定，是在动态条件下进行的。使一定湿度的二氧化碳气体通过多胺吸附纤维，根据恒定温度下，多胺吸附纤维的增重率，评价多胺吸附纤维对二氧化碳的吸附能力(容量)。
图1为多胺吸附纤维在空气中的热失重情况。显示在100℃之前，有轻微的失重，这是多胺吸附纤维上吸附水的脱附。之后多胺吸附纤维的重量基本保持稳定，直至250℃左右多胺吸附纤维的失重量才明显加剧。说明多胺吸附纤维上聚胺类高分子链经适度交联，所得多胺吸附纤维可以保持热稳定至250℃左右。换言之，该吸附纤维在200℃温度下使用时，也不会发生吸附剂的明显流失。
图2显示多胺吸附纤维外层中聚胺类高分子的重量与交联剂的重量的相对比例对该吸附纤维吸附二氧化碳容量的影响。可见，随着聚胺类高分子的重量与交联剂的重量的百分比从50∶50升高至90∶10时，吸附纤维对二氧化碳的吸附容量从3wt％升高至20wt％以上。显示吸附纤维的聚胺类高分子层中，胺基的含量对二氧化碳的吸附起决定性的作用。
具体实施例方式
实施例1配制浓度为10～30wt％的聚乙撑亚胺(分子量60000)丙酮溶液(含多胺基的高分子溶液)，然后加入聚乙撑亚胺重量的10％的环氧树脂，混合均匀。将直径为6μm的玻璃纤维丝浸泡于上述溶液中30min，取出包裹了该聚胺类高分子化合物的玻璃纤维，60℃下干燥，即得到多胺吸附纤维。通过控制高分子溶液浓度的不同，得到不同涂层厚度(不同聚胺类高分子层含量)的多胺吸附纤维。这些吸附纤维中聚胺类高分子层的百分重量及其对二氧化碳的吸附容量如表1所示。
表1
表1显示随聚胺类高分子层重量占吸附纤维总重量的百分比例的提高，其对二氧化碳的吸附量也相应增加。其中当聚胺类高分子层的重量占吸附纤维的总重量的84.4％以上时，吸附纤维对二氧化碳的吸附量达到了30％以上。
实施例2将浓度为20wt％的聚乙撑亚胺(分子量15000)二甲基甲酰胺溶液，与重量为聚乙撑亚胺重量的5％的环氧树脂混合均匀，然后将玻璃纤维布浸泡于上述溶液中30min，取出纤维并于65℃下干燥，得到多胺吸附纤维。吸附纤维在相对湿度为75％时对二氧化碳的吸附量为32wt％。
实施例3将聚乙烯胺的二甲基甲酰胺溶液与环氧树脂混合，聚乙烯胺与环氧树脂的重量百分比为90∶10，聚乙烯胺浓度为30wt％；将玻璃纤维布浸泡于该溶液中30min，取出纤维，65℃下干燥，得到多胺吸附纤维。在25℃下，通过湿度为60％气流，测得吸附纤维的平衡吸水量为45wt％；随后通入二氧化碳气体，控制气体的湿度也为60％，测得在该湿度下，吸附纤维对二氧化碳的吸附容量为15.6wt％。
实施例4以季戊四醇为交联剂，将聚乙撑亚胺与季戊四醇混合，聚乙撑亚胺与季戊四醇的重量百分比为90∶10，配成聚乙撑亚胺浓度为30wt％的甲醇溶液，将玻璃纤维浸入该溶液中60min，取出纤维，65℃下干燥，得到多胺吸附纤维。在25℃下，相对湿度为75％时，测得吸附纤维对二氧化碳的平衡吸附容量为29wt％。
实施例5将三乙撑四胺与环氧树脂混合，三乙撑四胺与环氧树脂的重量百分比为70∶30，并稀释为含5wt％三乙撑四胺的丙酮溶液，将玻璃纤维浸泡于该溶液中，取出纤维，65℃下干燥，得到多胺吸附纤维。在25℃下，相对湿度为75％时，测得吸附纤维对二氧化碳的平衡吸附容量为17wt％。加热至140℃，使纤维脱附再生。如此反复5次，再在25℃下，相对湿度为75％时，测得该吸附材料对二氧化碳的平衡吸附容量为18wt％。证明吸附纤维经140℃加热后，其吸附容量能够得到完全的恢复(再生)，且该吸附纤维可以反复使用。
权利要求
1.一种多胺吸附纤维，其特征是该吸附纤维由玻璃纤维和包覆玻璃纤维的外层的聚胺类高分子层构成，聚胺类高分子层重量占吸附纤维总重量的15～85％；聚胺类高分子层由聚胺类高分子化合物和交联剂构成，交联剂重量为聚胺类高分子重量的5％～50％。
2.一种如权利要求1所述的吸附纤维，其特征是所述的聚胺类高分子化合物为聚乙烯胺、聚乙撑亚胺或三乙撑四胺，聚胺类高分子的分子量为5000-60000；所述的交联剂为苯三酰氯、戊二醛、季戊四醇或环氧树脂。
3.一种如权利要求1或2所述的吸附纤维，其特征是所述的玻璃纤维为玻璃纤维丝或玻璃纤维布。
4.一种如权利要求3所述的吸附纤维，其特征是所述的玻璃纤维丝的直径为1μm～50μm。
5.权利要求1～4之一所述的多胺吸附纤维的制备方法，其特征是将聚胺类高分子化合物和交联剂配成含多胺基的高分子溶液，所用溶剂为水、甲醇、丙酮或二甲基甲酰胺，该高分子溶液中聚胺类高分子的浓度为0.25～50wt％，交联剂的用量为聚胺类高分子化合物重量的5％～50％；将玻璃纤维浸泡于该含多胺基的高分子溶液中10～120min，然后将已包裹聚胺类高分子层的玻璃纤维干燥，即得到所需的多胺吸附纤维。
6.权利要求1～4之一所述的吸附纤维用于吸附富集二氧化碳。
7.按照权利要求6所述的应用，其特征是将所述的吸附纤维与含二氧化碳的气体接触0.1～2.0小时。
8.按照权利要求6所述的应用，其特征是将所述的吸附纤维与含二氧化碳的气体在60％以上的湿度下接触0.1～2小时。
全文摘要
本发明涉及一种多胺吸附纤维及其制备方法和用途。该吸附纤维由玻璃纤维和包覆玻璃纤维的外层的聚胺类高分子层构成，聚胺类高分子层重量占吸附纤维总重量的15～85％；聚胺类高分子层由聚胺类高分子化合物和交联剂构成，交联剂重量为聚胺类高分子重量的5％～50％。将玻璃纤维浸渍于含有由聚胺类高分子化合物和交联剂组成的溶液中，使玻璃纤维包覆一层聚胺类高分子层，得到多胺吸附纤维。该多胺吸附纤维用于吸附富集二氧化碳，其对二氧化碳的吸附容量可达30wt％。本发明对于烟气中二氧化碳的大规模富集，减少二氧化碳向大气的排放，控制温室效应，以及开发二氧化碳的应用，都具有深远社会意义和经济效益。
文档编号B01J20/30GK1657156SQ20041005259
公开日2005年8月24日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者陈水挟, 岳中仁 申请人:中山大学