一种季胺型阴离子交换树脂涂层织物及制备方法与其在空气中二氧化碳调控中的应用

本发明涉及二氧化碳减排，尤其涉及一种季胺型阴离子交换树脂涂层织物及制备方法与其在空气中二氧化碳调控中的应用。

背景技术：

1、21世纪以来，随着世界各国经济的飞速增长，人类社会对能源的巨大消耗使得大量的co2排入到大气中，目前空气中二氧化碳的浓度已超过400ppm。为应对大量co2排放对自然和人类发展造成的危害，各大经济体均提出“碳减排”“碳中和”的目标。传统的从大型点源捕获co2的燃烧前、燃烧后碳捕获模式是目前主要的固碳减排策略，有助于减缓大气中co2浓度的增加速度。然而要降低空气中co2浓度，只能直接从空气中去除co2或直接空气捕集co2(directair capture,dac)。目前用于空气二氧化碳捕集的方法主要有物理吸附技术、化学吸收技术和膜分离等技术，但这些方法都采用变温、变压的方式实现材料的再生，存在着反应条件剧烈、再生成本高、能量损耗大、对吸附材料的损耗大等问题，也使得dac面临着高能耗和高投资运行成本的巨大挑战。因此，亟需开发新的dac技术。

2、近年来研究者发现利用季胺基聚合物材料离子官能团((ch3)4n+)的亲水性和强碱性，通过调节环境水汽分压力可以控制界面对co2化学吸附能力，达到吸附/脱附的目的，即变湿吸附。由于此过程是在常温常压下完成，因此相较于依赖温度和压力脱附的方法更适合dac。迄今已有多种季氨基离子交换树脂作为变湿吸附co2的材料用于此项研究。专利cn104475055a公开了一种超低浓度二氧化碳吸附膜材料的制备方法及其产品，将季胺型阴离子交换树脂与有机溶剂混合，加入聚乙二醇、聚醚砜等制成混合悬浊液，再将混合悬浊液涂覆在基板上，分离得到初始膜材料，利用该膜材料可实现对低浓度co2的捕集，然而该膜材料经热压后树脂颗粒与惰性基体结合十分紧密，无明显的孔结构，不利于气体的流通，吸附材料存在着高水耗和吸附效率降低的问题。专利cn113786818a公开了一种直接捕集空气中二氧化碳的树脂型吸附剂及制备方法，将季氨基树脂研磨粉碎加入到有机溶液中，加热搅拌成凝胶状，最后溶剂挥发固化形成球状树脂吸附颗粒。该方法过程简单，但有机溶剂挥发对环境造成一定的污染，固化后的吸附小球粒径较大，同样存在着吸附效率较低的问题。鉴于此如何结合新材料新工艺提出新的研究思路是实现吸附空气co2捕集技术快速发展的关键。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种季胺型阴离子交换树脂涂层织物及制备方法与其在吸附或脱附二氧化碳中的应用，其利用环境友好的涂层技术包埋季胺型阴离子交换树脂，制备具有固碳功能的涂层织物，通过调节环境干湿度和将涂层织物干燥/润湿两种方式使负载的季胺型阴离子交换树脂接触到不同的水汽分压来吸附/脱附co2，从而达到调控环境中co2的目的。这相较于传统方法将更精准和高效，也解决了常规吸附材料再生能耗大、捕集成本高、吸附效率低等问题，可适用于大规模二氧化碳捕集。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、本发明的第一个目的是提供一种季胺型阴离子交换树脂涂层织物，所述季胺型阴离子交换树脂涂层织物包括含有季胺型阴离子交换树脂的涂层液和织物；所述季胺型阴离子交换树脂分散在织物的纤维空隙内。

4、在本发明的一个实施例中，所述含有季胺型阴离子交换树脂的涂层液通过以下方法制备得到：

5、将丝素蛋白溶液与有机溶剂混匀得到混合液；向混合液中加入预处理后的季胺型阴离子交换树脂搅拌，得到含有季胺型阴离子交换树脂的涂层液。

6、在本发明的一个实施例中，所述丝素蛋白溶液通过以下方法制备得到：

7、s1、将碱性试剂溶于沸水中，加入生丝继续煮沸搅拌，揉搓，使得生丝表面的丝胶充分脱落后干燥，得到干燥丝；

8、s2、取s1所得干燥丝溶于溴化锂溶液中，透析，离心后得到所述丝素蛋白溶液。

9、在本发明的一个实施例中，所述有机溶剂选自甘油、peg和乙醇中的一种或多种。

10、在本发明的一个实施例中，所述丝素蛋白溶液的质量浓度为1％-6％。

11、在本发明的一个实施例中，所述丝素蛋白溶液与有机溶剂的质量比为20：1-3：1；所述处理后的季胺型阴离子交换树脂与混合液的质量比为1：40-1：5。

12、在本发明的一个实施例中，所述预处理后的季胺型阴离子交换树脂通过以下方法制备得到：

13、将季胺型阴离子交换树脂研磨至平均粒径≤30μm，后进行碱洗，干燥，得到所述预处理后的季胺型阴离子交换树脂。

14、在本发明的一个实施例中，所述织物选自棉织物、涤纶织物和涤棉混纺织物中的一种或多种。

15、本发明的第二个目的是提供所述的季胺型阴离子交换树脂涂层织物在空气中二氧化碳调控中的应用。

16、在本发明的一个实施例中，所述二氧化碳调控是在湿度为10％-99％的条件下进行的。

17、在本发明的一个实施例中，所述二氧化碳调控中吸附co2是在湿度为10％-70％的条件下进行的。

18、在本发明的一个实施例中，所述二氧化碳调控中脱附co2是在湿度为70％-99％或者浸湿的条件下进行的。

19、本发明的第三个目的是提供一种季胺型阴离子交换树脂涂层织物的制备方法，具体包括以下步骤：

20、将含有季胺型阴离子交换树脂的涂层液涂覆在碱处理后的织物上，通过浸压，干燥，得到所述季胺型阴离子交换树脂涂层织物

21、本发明的机理：

22、(1)本发明所使用的吸附剂为大孔强碱性阴离子交换树脂，用na2co3溶液对其进行碱洗进行离子交换，将树脂中的cl-转变成co32-型的阴离子交换树脂才会具有吸附co2的能力。原生树脂在绝对干燥状态下呈无孔光滑球型，co2在外表面吸附后难以继续向内部扩散。本发明研磨粉碎后树脂颗粒粒径缩小及充分暴露的颗粒内表面可显著提高材料的比表面积。

23、(2)丝素蛋白溶液中加入甘油、peg、乙醇等有机溶剂使其凝胶化，有机溶剂的极性可以破坏丝素分子链内的氢键及静电结合作用，使分子链舒展的同时形成具有β-折叠结构的疏水性大分子链段，链段之间调整重排相互连成立体网状结构，形成水凝胶，凝胶的方式可以很好的粘合树脂将其涂敷在织物上，再者，丝素蛋白富含丝氨酸和丙氨酸，具有较高的co2亲和性，可进一步促进涂层织物对二氧化碳的吸附。

24、本发明的技术方案具有以下优点：

25、(1)本发明打破了以往的研究思路，在改变环境湿度或润湿/晾干涂层织物使负载的季胺型阴离子交换树脂颗粒接触到不同的水汽分压力，从而达到调控co2吸附/脱附效果，这相较于传统方法将更为精准和高效。

26、(2)本发明通过织物的亲疏水来改变负载的季胺基接触到的水汽分压，不需要额外的热源和动力源，常温常压下即可实现材料的吸附/脱附，与常规的变温、变压等常规吸附方法相比，解决了捕集成本高、再生能耗大的问题，为固碳提供了新的策略和技术。

27、(3)本发明通过将季胺型阴离子交换树脂均匀的分散在纤维与纤维的孔隙间，增大了吸附面积，与原生树脂颗粒相比，有效提高了吸附剂对二氧化碳的吸附效率和吸附容量。

28、(4)本发明所用丝蛋白涂层液为生物可降解、绿色环保的材料，亦可是壳聚糖、海藻酸钠等绿色试剂；涂层织物可多次循环利用，符合低碳环保的新能源体系要求。

29、(5)本发明制备工艺流程简单，可行性高。具有广阔的应用前景，其涂层织物可用于服装、室内窗帘、桌布、车篷等。通过润湿、晾干可循环co2的吸附/脱附，比如白天在干态时可以吸附二氧化碳，晚上喷湿，第二天晾干后可再次吸附。

30、(6)本发明可实现资源的再利用，此涂层织物可以和生物利用技术相结合，将脱附的二氧化碳用于生物的光合作用。