一种二维固体超强酸的制备方法、二维固体超强酸及其应用与流程

本发明属于超强酸，涉及一种二维固体超强酸的制备方法、二维固体超强酸及其应用。

背景技术：

1、氨气的吸附分离与循环回收利用都具有非常重要的研究意义。目前用于氨气吸附分离与循环回收利用材料主要有沸石、活性炭、氧化石墨烯、氧化铝、硅胶、金属有机框架(mofs)材料及多孔有机聚合物等以及这些材料的衍生材料，但是吸附容量以及吸附选择性往往不高。

技术实现思路

1、固体酸是工业上最重要的催化剂之一，既对设备的腐蚀小，也可以从反应体系中分离后循环利用，性能也可以根据特定的原料和产品进行调整。通常在固体酸表面引入强吸电子基团可以提高固体酸的酸强度。为此，本申请研究发现了基于二维蒙脱土(mmt)支架的二维固体超强酸，在mmt层之间插入苯胺或者吡咯等的聚合物。由于mmt和聚合物中的磺酸基之间存在独特的氢键，因此将聚苯胺、聚吡咯等聚合物进行磺化可以促进提高酸性，获得超强酸。

2、因此，本发明的一个目的在于提供一种二维固体超强酸的制备方法。

3、本发明还提供一种二维固体超强酸。

4、本发明再提供一种二维固体超强酸的应用。

5、本发明的技术方案如下：

6、一种二维固体超强酸的制备方法，包括：将含氮单体水溶液加入到蒙脱土中，搅拌6～48小时并调节ph至2～3，滴加引发剂水溶液后继续搅拌6～48小时，过滤，水洗至中性，干燥，获得初产物；对所述初产物进行季铵化和强酸的阴离子交换，获得所述二维固体超强酸。

7、优选的，所述含氮单体水溶液中含氮单体选自苯胺、对苯二胺和吡咯中的一种或几种组合。

8、优选的，所述含氮单体水溶液中含氮单体与所述蒙脱土的重量比为1-5:10。

9、优选的，所述引发剂选自过硫酸盐中的一种或几种。

10、优选的，所述含氮单体水溶液中含氮单体与所述引发剂水溶液中引发剂的摩尔比为2:1-1:2。

11、优选的，所述季铵化所用的试剂为1,3-丙烷磺酸内酯，反应温度为80～120℃，反应时间为6～24小时。

12、更优选的，所述初产物和所述1,3-丙烷磺酸内酯的重量比为4:1-1:1。

13、优选的，所述强酸为硫酸或三氟甲磺酸。

14、一种二维固体超强酸，由上述任一实施方案所述的制备方法制备获得。

15、一种上述任一实施方案所述的制备方法制备获得的二维固体超强酸或上述实施方案所述的二维固体超强酸的应用，应用于氨气的选择性吸附。

16、本发明的有益效果是：

17、1、本申请制备二维超强固体酸的过程操作方便且可控，固体酸粒径均匀，避免团聚现象，具有独特的二维层状结构和良好的表面润湿性，呈现出极高的酸强度。

18、2、本申请所制备的二维固体超强酸中mmt与聚合物中的-so3h之间有广泛的氢键相互作用，同时这种分子相互作用削弱了-so3h中的o-h键，促进了h+的释放，制备出具有超高酸强度的固体酸。

19、3、本申请所制备的二维固体超强酸的酸强度比100％的硫酸、磷钨酸和现有报道的其他固体酸都要高，同时申请人发现有机小分子和大分子都可以有效地将质量传递到本申请的二维固体超强酸中或从其中释放。因此，本申请的技术方案为设计具有高效传质和极强酸性的固体酸催化剂提供了一个新的思路。

20、4、本申请的二维固体超强酸在温度为30℃下便可对氨气实现高达10mmol/g的高效吸附，适用低中温氨气的选择性吸附。

技术特征：

1.一种二维固体超强酸的制备方法，其特征在于，包括：将含氮单体水溶液加入到蒙脱土中，搅拌6~48小时并调节ph至2~3，滴加引发剂水溶液后继续搅拌6~48小时，过滤，水洗至中性，干燥，获得初产物；对所述初产物进行季铵化和强酸的阴离子交换，获得所述二维固体超强酸。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮单体水溶液中含氮单体选自苯胺、对苯二胺和吡咯中的一种或几种组合。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮单体水溶液中含氮单体与所述蒙脱土的重量比为1-5:10。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸盐中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮单体水溶液中含氮单体与所述引发剂水溶液中引发剂的摩尔比为2:1-1:2。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述季铵化所用的试剂为1,3-丙烷磺酸内酯，反应温度为80~120℃，反应时间为6~24小时。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述初产物和所述1,3-丙烷磺酸内酯的重量比为4:1-1:1。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述强酸为硫酸或三氟甲磺酸。

9.一种二维固体超强酸，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备获得。

10.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制备获得的二维固体超强酸或权利要求9所述的二维固体超强酸的应用，其特征在于，应用于氨气的选择性吸附。

技术总结
本发明提供一种二维固体超强酸的制备方法、二维固体超强酸及其应用。本申请的二维固体超强酸按以下方法制备，将含氮单体水溶液加入到蒙脱土中，搅拌6~48小时并调节pH至2~3，滴加引发剂水溶液后继续搅拌6~48小时，过滤，水洗至中性，干燥，获得初产物；对所述初产物进行季铵化和强酸的阴离子交换，即得。本申请的二维超强固体酸酸性强，对氨气的选择性吸附效率高，在碱性气体高效吸附以及燃料电池残余氨气吸附循环利用上具有深远的应用前景。

技术研发人员：殷玲,高梦涵,许澎
受保护的技术使用者：福建久策气体股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11