[发明专利]选择性吸附二氧化碳的多孔聚合物吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种选择性吸附二氧化碳的多孔聚合物吸附剂、其制备方法、及该吸附剂的应用。

背景技术

二氧化碳是一种重要的化工生产原料，用途广泛，大量用于生产纯碱、小苏打、尿素、碳酸氢铵、颜料铅白等；在轻工业上，生产碳酸饮料、啤酒、汽水等都需要CO₂。然而，在另一方面，随着近年来工业的迅速发展和地球人口的急剧增加，大气中CO₂含量猛增，导致温室效应加剧，全球气候变暖，两极地区冰川融化，海平面升高，许多沿海城市、岛屿或者低洼地区将面临海水上涨的威胁。

大量CO₂的排放会对环境造成巨大的威胁，因此在天然气提纯时，在处理沼气、煤气、发酵气、工业废气等时都需要从中分离出CO₂，此外还需要从烟道气中脱除和回收CO₂气体，从而尽量减少CO₂的排放。目前己有很多研究者在该领域作了大量研究。

目前，用于分离和提纯CO₂的常用技术包括低温精馏法、吸收法、膜分离法以及固体吸附法。其中，固体吸附法因其具备工艺简单、对设备腐蚀性小、吸附剂回收再生能耗低等特点，已成为当今分离CO₂的主要方法。

在固体吸附法中，与一般的固体吸附剂如活性炭、分子筛、沸石不同，多孔聚合物吸附剂由于其可调配的孔结构可引入功能基团，能够广泛应用于非均相催化、分离、气体储存等领域。

但是现有多孔聚合物吸附剂的制备方法都较为繁琐，且需要一些昂贵的单体原料或催化剂。例如，文献（Energy Environ.Sci.,2011,4,3991–3999）报道的多孔聚合物吸附剂PAF-3需要双-(1，5-环辛二烯)镍催化剂，四(4-溴)苯硅烷单体，但是该催化剂价格昂贵，而单体四(4-溴)苯硅烷合成步骤繁多，且条件比较苛刻。再如，文献（Angew.Chem.Int.Ed.,2007,46,8574–8578）报道的多孔聚合物吸附剂CMP-1制备过程中使用了昂贵的四三苯基膦钯催化剂且合成过程复杂。这在很大程度制约了多孔聚合物吸附剂的应用。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种选择性吸附二氧化碳的多孔聚合物吸附剂，该吸附剂能有效选择性吸附二氧化碳。

本发明还有以下目的：提供上述吸附剂的制备方法，该方法步骤简单，易于控制，实施方便；还提供上述吸附剂的应用，以及上述吸附剂的再生方法。

本发明实现上述目的的技术方案如下：

一种选择性吸附二氧化碳的多孔聚合物吸附剂，其特征是，由卤化苄单体与伯胺类单体聚合而成；所述吸附剂的选择吸附性能为：在常压25℃下，所述吸附剂的CO₂/CH₄分离选择性至少为8.68、且CO₂/N₂分离选择性至少为108.72，或者在常压0℃下，所述吸附剂的CO₂/CH₄分离选择性至少为6.35、且CO₂/N₂分离选择性至少为56.88。

本发明吸附剂进一步完善的技术方案如下：

优选地，所述卤化苄单体至少为1,3,5-三氯甲基-2,4,6-三甲基苯、1,3,5-三溴甲基-2,4,6-三甲基苯、1,3,5-三氯甲基-2,4-间二甲苯、1,3,5-三氯甲基苯、1,3,5-三溴甲基苯之一；所述伯胺类单体至少为乙二胺、1,2-丙二胺、1,4-丁二胺、1,6-己二胺、1,4-环己二胺、对苯二胺之一；所述卤化苄单体与伯胺类单体的摩尔比为1:0.5-2。

优选地，所述吸附剂的选择吸附性能为：在常压25℃下，所述吸附剂的CO₂/CH₄分离选择性为8.68-15.75、且CO₂/N₂分离选择性为108.72-261.41，或者在常压0℃下，所述吸附剂的CO₂/CH₄分离选择性为6.35-10.24、且CO₂/N₂分离选择性为56.88-128.61。

一种上述多孔聚合物吸附剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、将卤化苄单体与伯胺类单体溶解于有机溶剂中，并进行聚合反应；