[發明專利]一種介孔碳負載納米氧化鎂及其制備方法

有效

• 申請號: 201310226052.6
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103301801A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 江鴻;劉武軍;田科
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J20/04
• 分類號: B01J20/04;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 王立民

技術領域

本發明涉及納米材料領域，特別涉及一種介孔碳負載納米氧化鎂材料。

背景技術

全球氣候變化跟人類行為相關的二氧化碳排放有著密切關系，要改變這種不可逆轉的全球變暖威脅首選的是二氧化碳捕集及存儲技術，其主要是用可再生的固體吸附劑吸附處理來捕集。應用最廣泛的吸附劑是氧化鈣，氧化鈣循環使用過程是在600℃捕集二氧化碳，在800℃再生，再投入下個二氧化碳捕集循環。但氧化鈣捕集二氧化碳后生成的碳酸鈣的熱穩定性很好，再生到氧化鈣需要消耗大量的能量，也可能造成額外的二氧化碳的釋放，而且再生過程一般需要進行燒結，這將大大降低氧化鈣的二氧化碳捕集能力。

同氧化鈣相比，氧化鎂可以在200℃捕集二氧化碳，其再生溫度在300℃～500℃，低于氧化鈣，這能夠很大程度上避免因燒結導致二氧化碳捕集能力下降，同時也大大降低了再生過程中的能量損耗。常用的氧化鎂因其上的二氧化碳結合位點很少，導致二氧化碳捕集能力只有0.5mol/kg，而納米氧化鎂顆粒因體積小，同時具有更多的結合位點和更高的堿度，能夠在更低的溫度下（＜100℃）捕集更多的二氧化碳而成為研究熱點。在納米氧化鎂捕集二氧化碳實際應用的過程中，考慮到納米顆粒易團聚結塊問題，通常需要將納米氧化鎂顆粒負載到固體材料上。

由于具有來源廣泛、多孔性和高比表面的優點，一般用碳基固體材料來負載納米二氧化鎂顆粒，以提高納米二氧化鎂的分散性和穩定性。然而，目前以碳基固體材料為載體的納米二氧化鎂的制備過程較為復雜，成本較高，難以大規模生產，限制了其廣泛的應用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種成本低，容易大規模生產的介孔碳負載納米氧化鎂及其制備方法，以推廣納米二氧化鎂捕集二氧化碳的應用。

為實現上述目的，本發明提供了一種介孔碳負載納米氧化鎂的制備方法，其包括如下步驟：

（1）在木質纖維素類生物質上吸附鎂離子，得到鎂負載生物質；

（2）將步驟（1）中得到的鎂負載生物質在惰性氣氛下進行熱解，即獲得介孔碳負載納米氧化鎂。

優選地，所述步驟（1）具體為：

將木質纖維素類生物質加入氯化鎂溶液中，恒溫振蕩一段時間后過濾、干燥，即得到鎂負載生物質。

更優選地，所述氯化鎂溶液的濃度為800～1600mg/L，所述木質纖維素類生物質和所述氯化鎂溶液的固液比為5:1000～10:1000，其中所述木質纖維素類生物質的質量的單位為克，所述氯化鎂溶液的體積的單位為毫升。

更優選地，所述步驟（1）中恒溫振蕩的溫度為20～30℃，振蕩速率為200～400rpm，時間為60～90min。

優選地，所述步驟（2）中熱解的溫度為500～700℃，熱解的時間為30～60min。

優選地，所述步驟（2）中惰性氣氛為氮氣。

優選地，對所述步驟（1）中得到的鎂負載生物質進行過篩處理，將小于200目的鎂負載生物質進行步驟（2）中的熱解處理。

本發明還提供了一種由上述任一項方法制備的介孔碳負載納米氧化鎂，其比表面積為279～306m²/g，納米氧化鎂的直徑為35～69nm。

本發明以廢棄的生物質材料為原料，通過吸附鎂離子，再經過熱解從而制備出介孔碳負載納米氧化鎂。本發明提供的介孔碳負載納米氧化鎂制備方法容易實現大規模生產，原料成本低且來源廣泛，而且具有環境友好性，制得的介孔碳負載納米氧化鎂比表面積大，納米氧化鎂粒徑小，具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明介孔碳負載納米氧化鎂制備方法的流程圖；

圖2為本發明實施例1制備的介孔碳負載納米氧化鎂的掃描電鏡圖；

圖3為本發明實施例1制備的介孔碳負載納米氧化鎂的TEM-EDX圖；

圖4為本發明實施例1制備的介孔碳負載納米氧化鎂的X-射線電子衍射圖；

圖5為本發明實施例1制備的介孔碳負載納米氧化鎂的氮氣吸脫附圖；

圖6為本發明實施例1制備的介孔碳負載納米氧化鎂對二氧化碳捕集的循環重復使用評價圖；

圖7為本發明實施例1制備的介孔碳負載納米氧化鎂和商品納米氧化鎂對二氧化碳捕集的對比圖。

具體實施方式

為使發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面對本發明的具體實施方式做詳細的說明。