一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法，其中，基體吸收劑為聚苯胺，被基體附著的一維納米纖維材料占復合吸收劑的重量百分比為10％?50％。被聚苯胺附著的納米纖維材料，可充當骨架作用，聚苯胺有效包覆納米纖維的表面，有效減少聚苯胺顆粒之間的相互接觸，可增大聚苯胺顆粒的比表面積，從而大幅提高了聚苯胺基復合材料吸收劑的吸收能力，使其脫除效率得到較大提升。其中，制備方法包括將聚苯胺與一維納米纖維材料按照配比關(guān)系配比，溶入到酸性溶液中，待冰浴充分混合后，離心后將下部沉淀置于烘箱中干燥，即制得聚苯胺基復合材料吸收劑，整個制備過程，僅是簡單的物理混合、干燥，制備方法簡單，成本低。
【專利說明】
一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法，屬于脫硫脫硝技術(shù)領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]當前社會由于只注重經(jīng)濟的發(fā)展，卻忽視了發(fā)展的同時給環(huán)境帶來的嚴重污染。 目前環(huán)境污染主要有水污染、大氣污染和固體廢棄物污染等。這些污染所導致的酸雨、霧霾、沙塵暴等惡劣環(huán)境嚴重影響了人們的正常生活，因而人們對環(huán)境污染有了更多的關(guān)注和重視。國家投入了大量的人力、物力和財力，來治理環(huán)境污染。
[0003]歸根結(jié)底造成大氣污染的主要原因是含煤燃料的燃燒、礦石的冶煉等導致空氣中 S0X和N0X的濃度不斷升高，嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境，近些年大部分主要城市的霧霾天氣越來越嚴重，嚴重威脅著人們的健康和賴以生存的環(huán)境。[〇〇〇4]為此眾多學者不斷努力去開發(fā)和研究新技術(shù)去控制S0X和N0X的污染。然而，如何經(jīng)濟有效地去除S04PN0X成為了研究者探索開發(fā)的關(guān)鍵。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有有機胺吸收劑的熱穩(wěn)定性差的缺陷，從而提出一種熱穩(wěn)定性高的聚苯胺基復合材料吸收劑。
[0006]為此，本發(fā)明提供一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑，包括基體聚苯胺，被基體包裹的一維納米纖維材料，所述一維納米纖維材料占復合吸收劑的重量百分比為1〇%_ 50% 〇
[0007]上述的用于脫硫脫硝的聚苯胺基復合材料吸收劑，所述的一維納米纖維材料為凹凸棒石、碳纖維、碳納米管中的任意一種。
[0008]上述的用于脫硫脫硝的聚苯胺基復合材料吸收劑，所述一維納米纖維材料占復合吸收劑的重量百分比為10%_50%。
[0009]本發(fā)明還提供一種上述聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑的制備方法，包括以下步驟:
[0010]將合成聚苯胺的苯胺和過硫酸銨與一維納米纖維材料按照上述配比關(guān)系配比，溶入到酸性溶劑中，待冰浴充分混合后，離心后將下部沉淀置于烘箱中干燥，制得聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑。
[0011]上述的聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑的制備方法，所述一維納米纖維材料的粒徑為10微米以內(nèi)。
[0012]上述的聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑的制備方法，所述酸性溶劑為稀鹽酸、 稀硫酸或稀硝酸中的任意一種。
[0013]上述的聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑的制備方法，所述烘干溫度為45-80°C， 烘干時間為6-24小時。
[0014]上述的聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑的制備方法，在合成聚苯胺的苯胺、過硫酸銨與一維納米纖維材料溶入酸性溶劑后，還包括對混合液進行攪拌處理。
[0015]本發(fā)明提供的一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法與現(xiàn)有技術(shù)中的有機胺吸收劑相比，具有以下優(yōu)點:
[0016](1)本發(fā)明提供的用于脫硫脫硝的聚苯胺基復合材料吸收劑，包括基體聚苯胺，被基體包覆的一維納米纖維材料，一維納米纖維材料占復合吸收劑的重量百分比為1〇%_ 50%;—維納米纖維材料作為添加劑，充當骨架作用，聚苯胺有效包覆納米纖維的表面，有效減少聚苯胺顆粒之間的相互接觸，可增大聚苯胺顆粒的比表面積，從而大幅提高了聚苯胺基復合材料吸收劑的吸收能力，使其脫除效率得到較大提升。同時，一維納米纖維材料在復合吸收劑的含量不宜過高，過高的話，復合吸收劑中聚苯胺的含量低，其本身脫硫脫硝的能力有限，將一維納米纖維材料的含量控制在10%_50%，可以有效的提高聚苯胺脫硫脫硝的能力。
[0017](2)本發(fā)明提供的聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑的制備方法，將合成聚苯胺的苯胺、過硫酸銨與一維納米纖維材料按照一定配比關(guān)系配比，酸性溶液溶入到酸性溶劑中，待冰浴充分混合后，離心后離心后將下部沉淀置于烘箱中干燥，制得聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑。將聚苯胺與一維納米纖維材料溶入到酸性溶液中，鑒于一維納米纖維材料易分散在酸性溶液中，便于聚苯胺充分的吸附在一維納米纖維材料的表面上;整個制備過程中，僅是簡單的物理混合、干燥，制備方法簡單，成本低，無需高溫反應或者復雜的化學反應來對聚苯胺的吸收性能進行改善。
[0018](3)本發(fā)明提供的聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑的制備方法，在配比聚苯胺與一維納米纖維材料之前，還包括對所述一維納米纖維材料進行提純處理，經(jīng)過提純處理的納米纖維材料其純度高，作為聚苯胺的骨架結(jié)構(gòu)的有效成分更高，對改善聚苯胺的吸收性能效果更好。
[0019](4)本發(fā)明提供的聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑的制備方法，將凹凸棒石、苯胺與過硫酸銨分別溶入到酸性溶液中，待冰浴充分混合冰浴充分混合，用去離子水洗滌為無色，將其置于烘箱中干燥，制得聚苯胺復合材料。【附圖說明】
[0020]圖1是聚苯胺經(jīng)過凹凸棒石復合前后的SEM照片(10000 X)(a:聚苯胺;b:凹凸棒石與聚苯胺復合材料)。
[0021]圖2是聚苯胺經(jīng)過凹凸棒石復合前后的TGA曲線。[〇〇22]圖3是聚苯胺經(jīng)過凹凸棒石復合前后對S02的吸收曲線。
[0023]圖4是聚苯胺經(jīng)過凹凸棒石復合前后的FT-1R圖譜。[〇〇24]圖5是聚苯胺經(jīng)過凹凸棒石復合前后XRD圖譜。
[0025]圖6是凹凸棒/PANI復合材料脫硫脫硝吸收劑的制備過程?！揪唧w實施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的發(fā)明是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027]實施例1
[0028]本實施例提供一種用于脫硫脫硝的聚苯胺基復合材料吸收劑，包括基體聚苯胺， 被基體附著的一維納米纖維材料;一維納米纖維材料占復合吸收劑的重量百分比為1〇%_ 90% 〇
[0029]此聚苯胺基復合材料吸收劑，一維納米纖維材料作為添加劑，充當骨架作用，聚苯胺附著在其上，可有效減少聚苯胺顆粒之間的相互接觸，避免了聚苯胺顆粒在脫硫脫硝過程中顆粒之間的融合，從而大幅提高了聚苯胺基復合材料吸收劑的吸收能力，使其脫除效率得到較大提升；同時，一維納米纖維材料在復合吸收劑的含量不宜過高，過高的話，復合吸收劑中聚苯胺的含量低，其本身脫硫脫硝的能力有限，將一維納米纖維材料的含量控制在10 % -50 %，可以有效的提高聚苯胺脫硫脫硝的能力。
[0030]具體而言，所述的一維納米纖維材料優(yōu)選為凹凸棒石，除了凹凸棒石外，還可以為碳纖維、碳納米管等等，主要具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的其他材料均可。
[0031]作為優(yōu)先，上述一維納米纖維材料占吸收劑的重量通?？刂圃?0 % -90 %之間；作為進一步的優(yōu)選，還可以將一維納米纖維材料占吸收劑的重量比控制在10%-50%之間。 [〇〇32] 實施例2
[0033]本實施例2提供一種實施例1中提供的用于脫硫脫硝的聚苯胺基復合材料吸收劑的制備方法，包括以下步驟:
[0034]按照上述實施例1中聚苯胺與一維納米纖維材料之間的配比關(guān)系，對聚苯胺與一維納米纖維材料進行配合，之后將配好的聚苯胺與一維納米纖維材料溶入到酸性溶液中， 待冰浴充分混合24h冰浴充分混合24h后，離心后將下部沉淀置于烘箱內(nèi)干燥，干燥后即制備的聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑。
[0035]將合成聚苯胺的苯胺、過硫酸銨按比例與一維納米纖維材料溶入到酸性溶液中； 整個制備過程中，僅是簡單的物理混合、干燥，制備方法簡單，成本低，無需高溫反應或者復雜的化學反應來對聚苯胺的吸收性能進行改善。[〇〇36] 具體而言，稱取1-10克聚苯胺、1-10克凹凸棒石、2.85克的過硫酸銨，分別溶入到 lmol/L鹽酸溶液中，鹽酸溶液的用量不作具體限定，待冰浴充分混合24h將其混合，離心后將下部沉淀置于烘箱內(nèi)在45-60°C條件下烘干6-12小時。并對制備的復合脫硫脫硝吸收劑、 未進行復合的聚苯胺分別進行SEM分析，其結(jié)果如圖1所示，圖中a表示未復合的聚苯胺在放大倍數(shù)為10000倍下的SEM圖，b表示凹凸棒與聚苯胺復合脫硫脫硝吸收劑，在放大倍數(shù)為 10000倍下的SEM圖，由圖可知，未復合的聚苯胺顆粒表面是微孔狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，而經(jīng)過凹凸棒石復合之后，聚苯胺均勻的附著在一維纖維狀的凹凸棒石原礦的表面，有效的減少了聚苯胺顆粒之間的相互接觸。
[0037]將上述制備的復合脫硫脫硝吸收劑、聚苯胺，分別進行熱分解性能測試，具體試驗如下:將6.5-7.511^的吸收劑樣品放入鉑金坩堝中。在犯(流量為10〇111〇1/111111)氣氛保護下以 20°C/min的升溫速度，升到煅燒溫度700°C，其結(jié)果如圖2所示。[〇〇38] 以S02為例，模擬電廠煙氣氣氛:0.2%的S02，99.8%N2，實驗溫度為25-50°C，通氣時間為60_150min的條件下，凹凸棒為50%時聚苯胺復合吸收劑和聚苯胺對S〇2的吸附曲線如圖3所示。[〇〇39]如圖4所示，圖中的a、b分別是聚苯胺、凹凸棒為50%時聚苯胺復合吸收劑的傅里葉紅外光譜，由圖4聚苯胺的紅外光譜特征吸收峰所代表的官能團結(jié)構(gòu)如下:8310^1的峰來自對位取代苯的C-H面外彎曲振動，1144.5CHT1對應于N = Q = N (Q為醌環(huán))的特征振動模式， 1307cnf1對應于C-N的伸縮振動，1498.5cnf1來自于苯環(huán)C = C的伸縮振動，而1587CHT1則來自于醌環(huán)單元的特征吸收峰。從1498.5(^-^1587(?^兩個峰的強度可以說明本征態(tài)聚苯胺中含有等量的苯環(huán)和醌環(huán)結(jié)構(gòu)。凹凸棒所占復合比例為50 %的復合吸收劑在831CHT1、 1144.5CHT1、1307CHT1、1498CHT1、1587CHT1等處均出現(xiàn)了聚苯胺對應的吸收峰，這說明聚苯胺與凹凸棒復合后結(jié)構(gòu)基本沒有發(fā)生變化。
[0040]如圖5所示，圖中的a、b分別是聚苯胺、凹凸棒所占復合比例為50%與聚苯胺復合的X射線衍射光譜，由圖3中a可知，在20 = 20°、20 = 25左右處有兩個肩形衍射峰。聚苯胺是無定形態(tài)的，這一特點也符合聚合物的一般特征。由b可知凹凸棒與聚苯胺各自的特征峰均在復合之后仍然存在。
[0041]進一步，延長通氣時間，可以得出聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑的吸附飽和時間大約為3.5h，達到飽和后的吸收效率為10 % -15 %。[〇〇42]作為本實施例的變形，上述的干燥溫度還可以為40°C、50 °C、70 °C等等，只要離心后將下部沉淀干燥成固體就行，干燥溫度不作具體的限定，干燥的時間通?？刂圃?-24小時內(nèi)，只要離心后將下部沉淀干燥就可以。
[0043]進一步優(yōu)選地，在聚苯胺與凹凸棒石溶入酸性溶液后，為了使凹凸棒石更好的分散在鹽酸溶液中，還對混合液進行攪拌處理，例如采用機械攪拌、電磁攪拌等等。
[0044]對于本實施例中的酸性溶劑，還可以為稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸等酸性溶液，除此之外，還可以為其他的酸性溶液，只要將一維納米纖維材料、苯胺和過硫酸銨很好的分散在其中，使聚苯胺合成過程中附著在一維納米纖維材料表面上的其他酸性溶液均可。
[0045]作為本實施例的變形，所述的凹凸棒石原礦的重量百分比還可以為10 %、20 %、 30 %、50 %、70 %、80 %、90 %等等，但凹凸棒石原礦的重量百分比不宜過高，一般控制在 10%-50%〇
[0046]進一步的變形，凹凸棒石原礦還可以替換為碳纖維、碳納米管等，只要具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的其他材料也可以。
[0047]上述實施例僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動， 仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法，其特征在于:包括基體聚苯 胺，被基體附著的一維納米纖維材料，所述一維納米纖維材料占復合吸收劑的重量百分比 為 10%-50%〇2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法，其特 征在于:所述一維納米纖維材料為凹凸棒石、碳纖維、碳納米管的任意一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法，其 特征在于:所述一維納米纖維材料占復合吸收劑的重量百分比為10%-50%。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法，其 特征在于:包括以下步驟，將合成聚苯胺的苯胺和過硫酸銨與一維納米纖維材料按照上述 配比關(guān)系配比，溶入到酸性溶劑中，待冰浴充分混合后，離心后將下部沉淀置于烘箱中干 燥，制得聚苯胺基復合材料吸收劑。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法，其 特征在于:所述一維納米纖維材料的粒徑為10微米以內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法，其 特征在于:所述酸性溶劑為0.1?3mol/L的稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸等的任意一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法，其 特征在于:所述烘干溫度為45-80°C，烘干時間為6-24小時。8.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的一種聚苯胺基復合材料脫硫脫硝吸收劑及其制備方法:在 聚苯胺與一維納米纖維材料加入酸性溶劑后，還包括對混合液進行攪拌處理。
【文檔編號】B01D53/14GK106039930SQ201511000052
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年12月27日
【發(fā)明人】劉屹東, 閔永剛, 單歷元, 馮亞飛, 高林
【申請人】南京新月材料科技有限公司