一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法

：本发明属于碳捕集材料的制备，涉及一种用于碳捕集的材料及其制备方法和应用。

背景技术

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背景技术：

1、随着全球碳排放逐年增加，温室效应也随之增强，引起了全球变暖等一系列严重问题，二氧化碳捕集与封存技术被认为是未来大规模减少温室气体排放，减缓全球变暖最经济，最可行的方法。近年来，用于二氧化碳吸附分离的微孔和介孔材料领域取得了重大的研究进展，主要集中在金属有机骨架，分子筛，多孔碳材料，共价有机骨架等多孔材料。

2、据调查统计，全球共制造90亿吨塑料产品中，被回收利用的仅9％，其中12％被焚烧，其余79％被填埋或残留在环境中。由于废弃塑料难以降解的特性，导致长期使用过程中给自然环境，土壤，海洋等造成了严重的污染，威胁到了人类健康。废弃塑料的无害化回收再利用是指将废塑料进行分类回收后重新加工使用，或者将其分解转化为热能或其他高附加值化学品使用。为解决废弃塑料的再利用问题可将废弃塑料高附加值转化为多孔材料应用到二氧化碳捕集领域中。

3、因此，怎样将多种废弃塑料高值转化为多孔材料，并将多孔材料应用到二氧化碳捕集领域中去，是本发明要解决的问题，使其具有优秀的二氧化碳吸附水平的同时可以缓解废弃塑料回收利用率低的现状，减少环境压力，助力“双碳目标”，实现绿色转型。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，加入氮原子后的多孔材料具有更高的比表面积和二氧化碳吸附量，架构起了废弃塑料高值化转化回收和二氧化碳封装领域之间的桥梁。

2、为实现上述目的，本发明提供一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，包括以下步骤：

3、废弃塑料的预处理：将收集的废弃塑料进行分类并粉碎，将粉碎后的不同成分的废弃塑料分别用乙醇进行冲洗提纯，洗去废弃塑料上面残留的杂质得到较为干净的废弃塑料；

4、多孔材料的制备：将提纯后的废弃塑料定量称量后放入三颈烧瓶中，加入溶剂溶解，然后加入交联剂与催化剂进行超交联反应得到三维网状结构的多孔材料，使其作为修饰的前驱体；

5、氮修饰的改性塑料多孔捕集二氧化碳材料制备：将含氮芳香化合物加入修饰前驱体中进行反应，通过真空浸渍的方法使多孔材料在反应过程中掺杂进去氮原子，取出修饰完成的多孔材料用乙醇进行反复洗涤，并在真空干燥箱中进行干燥，即得到氮原子修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料。

6、优选的，所述步骤(1)中的废弃塑料为聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚氨酯，聚苯醚酯中的一种或几种。

7、优选的，所述步骤(2)中的溶剂为1，2-二氯乙烷，二氯甲烷，三氯乙烷，1，2-二溴乙烷中的一种或几种。

8、优选的，所述步骤(2)中的废弃塑料与溶剂混合溶解过程采用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌转速600rpm，并以5℃/min的速率从室温升至40℃，在此条件下维持2小时。

9、优选的，所述步骤(2)中的催化剂为三氯化铝，三氯化铁，溴化铁，溴化铜中的一种或几种。

10、优选的，所述步骤(2)中的交联剂为1，2-二甲基甲烷，多聚甲醛，1，2-二溴乙烷，1，2-二氯乙烷中的一种或几种。

11、优选的，所述步骤(2)中的超交联反应过程以10℃/min的速率从40℃升温至80℃维持10小时。

12、优选的，所述步骤(3)中的含氮芳香化合物为苯胺，卞胺，吡咯，吲哚，咔唑中的一种或几种。

13、优选的，所述步骤(3)中修饰过程是采用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌转速600rpm，并以10℃/min的速率从80℃升温至200℃，在此条件下维持20小时。

14、优选的，所述步骤(3)中真空干燥箱温度为70-80℃，干燥时间为4-5小时。

15、因此，本发明采用上述本发明提供一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，加入含氮芳香化合物后的多孔材料具有更高的比表面积和二氧化碳吸附量，架构起了废弃塑料高值转化回收和二氧化碳捕集领域之间的桥梁。所得工质最高比表面积提升至为690m2/g，二氧化碳吸附量最高为201.5mg/g，吸附效率高，并且原材料来源广泛，具有良好的应用前景。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的废弃塑料为聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚氨酯，聚苯醚的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的溶剂为1，2-二氯乙烷，二氯甲烷，三氯乙烷，1,2-二溴乙烷中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的废弃塑料与溶剂混合溶解过程采用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌转速为600rpm，并以5℃/min的速率从室温升至40℃，在此条件下维持2小时。

5.根据权利要求1所述的一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的催化剂为三氯化铝，三氯化铁，溴化铁，溴化铜中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的交联剂为1,2-二甲基甲烷，多聚甲醛，1,2-二溴乙烷，1,2-二氯乙烷中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的超交联反应过程以10℃/min的速率从40℃升温至80℃维持10小时。

8.根据权利要求1所述的一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的含氮芳香化合物为为苯胺，卞胺，吡咯，吲哚，咔唑中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中修饰过程采用磁力搅拌器进行搅拌，转速为600rpm，并以10℃/min的速率从80℃升温至200℃，在此条件下维持20小时。

10.根据权利要求1所述的一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中真空干燥箱温度为70-80℃，干燥时间为4-5小时。

技术总结
本发明涉及了一种氮修饰改性塑料的多孔捕集二氧化碳材料及制备方法，将收集到的废弃塑料分类并粉碎，然后分别用乙醇进行冲洗提纯，干燥后得到较为干净的废弃塑料；将干净的废弃塑料和特定溶剂放入三颈烧瓶中进行溶解得到反应前驱物，然后加入交联剂与催化剂进行超交联反应得到多孔材料，最后加入含氮芳香化合物进行修饰，取出多孔材料用乙醇进行反复洗涤并在真空条件下干燥，得到含氮芳香化合物修饰的多孔捕集二氧化碳材料，加入氮原子后的多孔材料具有更高的比表面积和二氧化碳吸附量，架构起了废弃塑料高值化转化回收和二氧化碳封装领域之间的桥梁。

技术研发人员：刘昌会,王正,乔文远,何亮,唐国强,刘铭浩,赵佳腾,吴红渠
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23