等离子体改性氨基酸基低共熔溶剂微胶囊及其制法和应用

本发明涉及一种微胶囊及其制法和应用，尤其涉及一种等离子体改性氨基酸基低共熔溶剂微胶囊及其制法和应用。

背景技术：

1、全球变暖已被认为是影响全球人类的重大环境问题，高浓度的co2及其持续的排放趋势会使环境恶化。碳捕获、利用与封存(ccus)是应对全球气候变化的关键技术之一，受到世界各国的高度重视。近年来低共熔溶剂迅速发展，其作为co2吸收剂的作用也逐渐被提及，其吸收容量大、无毒无污染、合成过程简单、廉价易得的优点决定了其在ccus中的重要地位。

2、但是低共熔溶剂普遍粘度较大(2000mpa·s左右)导致co2和低共熔溶剂在气液体系上传质速率大大降低，从而抑制低共熔溶剂本身的吸收性能。目前常用手段是将粘度较大的低共熔溶剂负载在多孔材料或mof材料上，但此类手段不仅负载量低且负载及不稳定。低共熔溶剂微囊化是解决其粘度大导致吸收性能的低的新型手段，利用微流控技术或喷雾干燥技术将低共熔溶剂制备成微胶囊，提高其比表面积，强化气液传质过程，能够有效提高低共熔溶剂的吸收性能。然而，现有技术依然缺乏对混合气体复杂捕集环境的选择性捕集能力。

技术实现思路

1、发明目的：本发明旨在提供有一种氨基酸基低共熔溶剂微胶囊，通过等离子体改性后可以解决低共熔溶剂碳捕集过程因粘度较大影响吸收性能的问题；本发明的第二目的在于提供一种所述氨基酸基低共熔溶剂微胶囊的制法；本发明的第三目的在于提供一种所述等离子体改性氨基酸基低共熔溶剂微胶囊及其在混合气体捕集场景中的应用。

2、技术方案：本发明所述的氨基酸基低共熔溶剂的微胶囊为核壳结构，核层材料为氨基酸基低共熔溶剂，壳层材料为透气性材料。

3、优选地，所述的核壳结构为球形核壳结构，壳层厚度为5-100um，核层厚度为200-600um。

4、优选地，所述的氨基酸基低共熔溶剂包括氢键受体和氢键供体，所述氢键受体和氢键供体的化学计量比为1:1-1:8；所述氢键受体为氨基酸，包括但不仅限于精氨酸、组氨酸、赖氨酸、丙氨酸或脯氨酸中的一种；所述氢键供体为甘油、尿素、单乙醇胺、三乙醇胺或乙二醇中的一种。

5、优选地，所述的透气性材料为聚二甲基硅氧烷、可固化液体硅橡胶或环氧树脂中的一种。

6、本发明所述的氨基酸基低共熔溶剂的微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)内相即氨基酸基低共熔溶剂的制备：将氢键供体和氢键受体混合后加热搅拌，得到澄清透明的液体作为内相使用；

8、(2)中间相即透气性材料的制备：取透气性材料、乳化剂和固化剂混合作为中间相使用；

9、(3)外相的制备：使用甘油-水溶液作为外相使用；

10、(4)将三相接入微流控装置中，通过液滴微流控技术得到球形核壳结构的微胶囊，随后对微胶囊进行固化交联操作，得到所述的氨基酸基低共熔溶剂的微胶囊。

11、进一步地，所述步骤(4)中固化交联操作为加热或紫外照射中的一种。

12、本发明所述的等离子改性氨基酸基低共熔溶剂的微胶囊，由等离子体改性设备处理上述氨基酸基低共熔溶剂的微胶囊，制得的等离子体改性微胶囊壳层表面含有接枝基团，接枝基团为氨基或羟基中的一种。

13、进一步地，所述等离子体改性时间为1-20min，等离子体改性功率为50-200w。

14、本发明所述等离子体改性微胶囊可应用于co2、n2、h2等混合气体的复杂捕集场景。

15、等离子体改性指的是利用高能等离子体对材料表面进行改性的技术。等离子体是由气体或液体等物质中部分或所有电子脱离分子后形成的带正电荷和自由电子的可导电介质，通过等离子体处理，可以使微胶囊的壳形成含有氨基基团的聚合物膜，氨基膜的氮原子与co2中的碳原子形成了化学键。由于co2具有弱酸性，它可以与氨基团发生化学反应，形成氨基羧酸盐，使氨基膜对co2的吸附和选择性增强，由此便获得了更具选择性的co2/n2分离膜。此外，氨基膜还具有一定的亲水性，能够吸附和选择性传递水分子，同时排除其他气体分子的干扰，进一步增强氨基膜的对co2的选择性。本发明在微胶囊壳材表面接枝氨基基团，可应用于co2、n2、h2等混合气体的复杂捕集场景，可在微囊化强化低共熔溶剂吸收容量和吸收速率的同时提高其吸收选择性，有效提高微胶囊吸收性能。

16、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)所述等离子体改性氨基酸基低共熔溶剂微胶囊的壳材表面接枝亲co2氨基基团，使氨基膜对co2的吸附和选择性增强；此外，氨基膜还具有一定的亲水性，能够吸附和选择性传递水分子，同时排除其他气体分子的干扰，进一步增微胶囊对co2的选择性；(2)本发明通过微流控技术制备的微胶囊的原料价格低廉，微胶囊尺寸均一，吸收和解吸操作过程简单，能够适用于实际环境下复杂碳捕集环境。

技术特征：

1.一种氨基酸基低共熔溶剂微胶囊，其特征在于，所述微胶囊为核壳结构，核层材料为氨基酸基低共熔溶剂，壳层材料为透气性材料。

2.根据权利要求1所述氨基酸基低共熔溶剂微胶囊，其特征在于，所述的氨基酸基低共熔溶剂包括氢键受体和氢键供体。

3.根据权利要求1所述氨基酸基低共熔溶剂微胶囊，其特征在于，所述的透气性材料为聚二甲基硅氧烷、可固化液体硅橡胶或环氧树脂中的一种。

4.根据权利要求2所述氨基酸基低共熔溶剂微胶囊，其特征在于，所述氢键受体和氢键供体的化学计量比为1:1-1:8。

5.根据权利要求2所述氨基酸基低共熔溶剂微胶囊，其特征在于，所述氢键受体为氨基酸；所述氢键供体为甘油、尿素、单乙醇胺、三乙醇胺或乙二醇中的一种。

6.根据权利要求1所述氨基酸基低共熔溶剂微胶囊，其特征在于，所述的核壳结构为球形核壳结构，壳层厚度为5-100um，核层厚度为200-600um。

7.一种权利要求1-6任一所述氨基酸基低共熔溶剂微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的氨基酸基低共熔溶剂的微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述固化交联操作为加热或紫外照射中的一种。

9.一种等离子改性氨基酸基低共熔溶剂微胶囊，其特征在于，由等离子体改性设备处理权利要求1-6任一所述的氨基酸基低共熔溶剂微胶囊，该微胶囊壳层表面含有接枝基团，接枝基团为氨基或羟基中的一种。

10.一种权利要求9所述的等离子改性氨基酸基低共熔溶剂微胶囊在混合气体捕集场景中的应用。

技术总结
本发明公开了一种等离子体改性氨基酸基低共熔溶剂微胶囊及其制法和应用，所述微胶囊为核壳结构，核层为氨基酸基低共熔溶剂，壳层为透气材料；所述微胶囊通过微流控技术制备，制备完成后通过等离子体改性在壳层表面接枝选择性基团，克服壳层材料选择性较低导致微胶囊分离性能较差等缺点，可应用于CO<subgt;2</subgt;、N<subgt;2</subgt;、H<subgt;2</subgt;等混合气体的复杂捕集场景，能够使微胶囊同时达到高吸收容量、高吸收速率以及高选择性。

技术研发人员：黄德春,程源,何沐姣,钱红亮,陈维,钟伊南
受保护的技术使用者：中国药科大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15