一种吸附co2的固体材料go的制备与改性方法

文档序号：1249525 发布日期：2020-08-21 浏览：25次 >En<

阅读说明：本技术 一种吸附co2的固体材料go的制备与改性方法 (Adsorb CO2Preparation and modification method of solid material GO ) 是由杨泛明张可意廖敏梁海成陈俊蓁符健斌祝小艳于 2020-03-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种吸附CO<Sub>2</Sub>的固体材料GO的制备方法,包括以下步骤：将将2g片状石墨分散于25-40g浓硝酸中,0-5℃搅拌18-24h,将3-5g高锰酸钾加入至上述溶液中,搅拌1-3h,再加入20-35g双氧水,并将温度升高至80-90℃,回流6-8h,最后利用去离子水对上述产物进行洗涤,直至滤液至中性,并将滤饼进行干燥,得到氧化物GO。本发明所提供的固体材料GO在较低浓度CO<Sub>2</Sub>环境中具有较大的吸附量。(The invention provides a method for adsorbing CO 2 The preparation method of the solid material GO comprises the following steps: dispersing 2g of flake graphite in 25-40g of concentrated nitric acid, stirring at 0-5 ℃ for 18-24h, adding 3-5g of potassium permanganate into the solution, stirring for 1-3h, adding 20-35g of hydrogen peroxide, raising the temperature to 80-90 ℃, refluxing for 6-8h, finally washing the product by using deionized water until the filtrate is neutral, and drying the filter cake to obtain the oxide GO. The solid material GO provided by the invention has low CO concentration 2 The environment has larger adsorption capacity.)

一种吸附CO2的固体材料GO的制备与改性方法

技术领域

本发明涉及一种在较低温度、较低CO₂浓度环境中具有高效CO₂吸附性能的固体材料GO的制备与改性方法。

背景技术

当前，CO₂已经被广泛应用于各类具有较高附加价值(如甲醇、碳酸酯)的化工产品生产之中。此外，CO₂也已经成功应用于食品防腐、医疗等领域之中。然而，CO₂也是导致气候变化的主要气体之一。利用固体材料对CO₂进行捕集，符合“绿色化学”和“可持续发展”战略的要求，具有重要的实用价值。

高效CO₂吸附剂的设计与合成对CO₂吸附具有较大影响。目前，研究者已经合成大量有机胺负载的多孔材料，并将其应用于CO₂吸附之中，如乙二胺负载的MCM-41分子筛、乙二胺负载的活性炭、聚乙烯亚胺负载的金属-有机框架(MOFs)材料等。然而，大部分材料中有机胺与多孔材料作用力较弱，难以兼具材料稳定性和高效CO₂吸附性能。目前，利用有机胺对氧化石墨改性并将其应用于CO₂吸附的报道较少，同时具有优异热稳定性和CO₂吸附性能的有机胺改性氧化石墨的报道更少。通过化学反应将有机胺固载与氧化石墨表面，有望解决热稳定性和CO₂吸附性能难以兼得的问题。

氧化石墨表面富含羟基、环氧基等含氧基团。通过改变合成条件，可以调控氧化石墨表面功能基团的比例。利用富含氨基的硅氧烷对其进行表面修饰，可以通过氧化石墨表面羟基与氨基硅氧烷反应，将有机胺分子引入至氧化石墨内表面，合成具有较高热稳定性并且具有较高N含量的固体材料。此材料的合成，有望获得新型CO₂吸附剂，进一步推动CO₂吸附发展。

发明内容

发明的目的是提供一种吸附CO₂的固体材料GO的制备与改性方法。

为实现上述目的，本发明提供一种吸附CO₂的固体材料GO的制备方法，包括下述步骤：

将2g片状石墨分散于25-40g浓硝酸中，0-5℃搅拌18-24h；

将3-5g高锰酸钾加入至上述溶液中，搅拌1-3h，加入20-35g双氧水，并将温度升高至80-90℃，回流6-8h；

利用去离子水对上述产物进行洗涤，直至滤液至中性，并将滤饼进行干燥，得到氧化物GO。

本发明还提供一种将上述制备的吸附CO₂的固体材料GO进行改性得到Am/GO的方法，包括下述步骤：

将有机胺溶于30g无水乙醇中，并加入吸附CO₂的固体材料GO，40-50℃超声分散1-2h，得到悬浮液；

将悬浊液转移至聚四氟乙烯内衬中并于100-120℃水热处理12-24h，将产物冷却，离心，干燥，得到改性材料Am/GO；

上述改性方法中，有机胺选自氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺、N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺；

上述改性方法中，所述有机胺与固体材料GO的质量比为[0.25-0.5]:1。

根据实验结果，本发明所提供的固体材料，在低浓度CO₂环境中，具有CO₂吸附容量较大、材料容易再生等特点。

附图说明

图1所示为本发明实施例中使用的CO₂吸附装置简图。

图2所示为本发明实施例1制得的固体材料CO₂吸附量随时间变化曲线图。

具体实施方式

固体材料GO的制备：

制备例1

a.将2g片状石墨分散于25g浓硝酸中，5℃搅拌24h；

b.将3g高锰酸钾加入至上述溶液中，搅拌1h，加入20g双氧水，并将温度升高至80℃，回流6h；

c.利用去离子水对上述产物进行洗涤，直至滤液至中性，并将滤饼进行干燥，得到氧化物GO。

制备例2

a.将2g片状石墨分散于30g浓硝酸中，0℃搅拌18h；

b.将3g高锰酸钾加入至上述溶液中，搅拌1h，加入20g双氧水，并将温度升高至80℃，回流6h；

c.利用去离子水对上述产物进行洗涤，直至滤液至中性，并将滤饼进行干燥，得到氧化物GO。

制备例3

a.将2g片状石墨分散于30g浓硝酸中，0℃搅拌18h；

b.将4g高锰酸钾加入至上述溶液中，搅拌2h，加入20g双氧水，并将温度升高至80℃，回流6h；

c.利用去离子水对上述产物进行洗涤，直至滤液至中性，并将滤饼进行干燥，得到氧化物GO。

制备例4

a.将2g片状石墨分散于30g浓硝酸中，0℃搅拌18h；

b.将4g高锰酸钾加入至上述溶液中，搅拌2h，加入25g双氧水，并将温度升高至90℃，回流8h；

c.利用去离子水对上述产物进行洗涤，直至滤液至中性，并将滤饼进行干燥，得到氧化物GO。

制备例5

a.将2g片状石墨分散于35g浓硝酸中，5℃搅拌24h；

b.将4g高锰酸钾加入至上述溶液中，搅拌2h，加入25g双氧水，并将温度升高至90℃，回流8h；

c.利用去离子水对上述产物进行洗涤，直至滤液至中性，并将滤饼进行干燥，得到氧化物GO。

制备例6

a.将2g片状石墨分散于35g浓硝酸中，5℃搅拌24h；

b.将5g高锰酸钾加入至上述溶液中，搅拌3h，加入30g双氧水，并将温度升高至80℃，回流8h；

c.利用去离子水对上述产物进行洗涤，直至滤液至中性，并将滤饼进行干燥，得到氧化物GO。

制备例7

a.将2g片状石墨分散于35g浓硝酸中，5℃搅拌24h；

b.将5g高锰酸钾加入至上述溶液中，搅拌3h，加入35g双氧水，并将温度升高至90℃，回流8h；

c.利用去离子水对上述产物进行洗涤，直至滤液至中性，并将滤饼进行干燥，得到氧化物GO。

制备例8

a.将2g片状石墨分散于40g浓硝酸中，5℃搅拌24h；

b.将5g高锰酸钾加入至上述溶液中，搅拌3h，加入35g双氧水，并将温度升高至90℃，回流8h；

c.利用去离子水对上述产物进行洗涤，直至滤液至中性，并将滤饼进行干燥，得到氧化物GO。

GO的改性材料Am/GO的制备：

制备例9

a.将氨丙基三甲氧基硅烷溶于30g无水乙醇中，形成氨丙基三甲氧基硅烷的醇溶液，重复上述操作，制备6份氨丙基三甲氧基硅烷的醇溶液，在每一份溶液中加入0.5g制备例1所制备的固体材料GO，得到6份产物，其中所加入氨丙基三甲氧基硅烷与GO的质量比分别为0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1。

b.将a步骤中所得6份悬浮液于40℃超声2h，并将所得物质转移至聚四氟乙烯内衬中并于100℃水热处理24h，将产物冷却，离心，干燥，得到改性材料Am/GO。

制备例10

a.将氨丙基三乙氧基硅烷溶于30g无水乙醇中，形成氨丙基三乙氧基硅烷的醇溶液，重复上述操作，制备6份氨丙基三乙氧基硅烷的醇溶液，在每一份溶液中加入0.5g制备例2所制备的固体材料GO，得到6份产物，其中所加入氨丙基三乙氧基硅烷与GO的质量比分别为0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1。

b.将a步骤中所得6份悬浮液于40℃超声2h，并将所得物质转移至聚四氟乙烯内衬中并于100℃水热处理24h，将产物冷却，离心，干燥，得到改性材料Am/GO。

制备例11

a.将N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺溶于30g无水乙醇中，形成N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺的醇溶液，重复上述操作，制备6份N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺的醇溶液，在每一份溶液中加入0.5g制备例3所制备的固体材料GO，得到6份产物，其中所加入N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺与GO的质量比分别为0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1。

b.将a步骤中所得6份悬浮液于40℃超声2h，并将所得物质转移至聚四氟乙烯内衬中并于100℃水热处理24h，将产物冷却，离心，干燥，得到改性材料Am/GO。

制备例12

a.将N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺溶于30g无水乙醇中，形成N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺的醇溶液，重复上述操作，制备6份N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺的醇溶液，在每一份溶液中加入0.5g制备例4所制备的固体材料GO，得到6份产物，其中所加入N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺与GO的质量比分别为0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1。

b.将a步骤中所得6份悬浮液于40℃超声2h，并将所得物质转移至聚四氟乙烯内衬中并于100℃水热处理24h，将产物冷却，离心，干燥，得到改性材料Am/GO。

制备例13

a.将氨丙基三甲氧基硅烷溶于30g无水乙醇中，形成氨丙基三甲氧基硅烷的醇溶液，重复上述操作，制备6份氨丙基三甲氧基硅烷的醇溶液，在每一份溶液中加入0.5g制备例5所制备的固体材料GO，得到6份产物，其中所加入氨丙基三甲氧基硅烷与GO的质量比分别为0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1。

b.将a步骤中所得6份悬浮液于50℃超声1h，并将所得物质转移至聚四氟乙烯内衬中并于120℃水热处理12h，将产物冷却，离心，干燥，得到改性材料Am/GO。

制备例14

a.将氨丙基三乙氧基硅烷溶于30g无水乙醇中，形成氨丙基三乙氧基硅烷的醇溶液，重复上述操作，制备6份氨丙基三乙氧基硅烷的醇溶液，在每一份溶液中加入0.5g制备例6所制备的固体材料GO，得到6份产物，其中所加入氨丙基三乙氧基硅烷与GO的质量比分别为0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1。

b.将a步骤中所得6份悬浮液于50℃超声1h，并将所得物质转移至聚四氟乙烯内衬中并于120℃水热处理12h，将产物冷却，离心，干燥，得到改性材料Am/GO。

制备例15

a.将N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺溶于30g无水乙醇中，形成N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺的醇溶液，重复上述操作，制备6份N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺的醇溶液，在每一份溶液中加入0.5g制备例7所制备的固体材料GO，得到6份产物，其中所加入N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺与GO的质量比分别为0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1。

b.将a步骤中所得6份悬浮液于50℃超声1h，并将所得物质转移至聚四氟乙烯内衬中并于120℃水热处理12h，将产物冷却，离心，干燥，得到改性材料Am/GO。

制备例16

a.将N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺溶于30g无水乙醇中，形成N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺的醇溶液，重复上述操作，制备6份N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺的醇溶液，在每一份溶液中加入0.5g制备例8所制备的固体材料GO，得到6份产物，其中所加入N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺与GO的质量比分别为0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1。

b.将a步骤中所得6份悬浮液于50℃超声1h，并将所得物质转移至聚四氟乙烯内衬中并于120℃水热处理12h，将产物冷却，离心，干燥，得到改性材料Am/GO。

固体材料GO及其改性材料的CO₂吸附测定

实施例1

取适量的通过制备例1制备的固体材料GO，置于自建CO₂吸附装置(图1)的样品管内，通入高纯N₂吹扫固体材料表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至75℃；