[發明專利]一種吸附CO2的碳材料的制備與改性方法

在審

• 申請號: 201610126423.7
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105597709A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 尹雙鳳;楊泛明;祝恩福;李文盛;張曉輝;郭靜楠;劉英;陳浪
• 申請（專利權）人: 湖南凱美特氣體股份有限公司
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;B01D53/02
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• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及CO₂吸附材料，具體涉及一種能在較低溫度和較低壓力環境中 高效吸附CO₂的碳材料的制備與改性方法。

【背景技術】

近年來，工業廢氣的排放使大氣中二氧化碳(CO₂)濃度迅速增加，導致溫室 效應加劇。因此CO₂捕集已成為各國關注焦點。利用固體材料對其進行吸附分 離具有CO₂吸附量較大，循環吸附性能較好，對設備腐蝕性較低等特點，因此 備受關注。

碳材料由于具有較大的CO₂吸附量，并且吸附速率較快，吸-脫附溫度較低， 能耗較小，不易腐蝕設備等特點而受到廣泛關注。利用金屬離子對其進行改性 后，可以提高材料的CO₂吸附性能。當CO₂分子到達材料表面時，與材料表面 形成較強的靜電作用，從而達到CO₂吸附的目的。

金屬離子改性碳材料的性能與金屬離子種類、金屬離子的量和碳材料的種 類等因素有關。碳材料的種類不同時，其CO₂吸附性能有較大差別。當材料表 面無金屬離子時，CO₂分子在多孔碳材料表面進行物理堆積，發生物理吸附。利 用金屬離子改性后，CO₂分子與材料表面金屬離子之間具有較強的靜電作用，使 CO₂分子更容易與材料接觸并發生吸附。同時，由于金屬離子的存在，導致碳材 料的孔結構發生改變。當材料孔徑逐漸接近CO₂分子動力學直徑時，其CO₂吸 附量增大，并且選擇性增大。因此可以利用不同的碳源在不同的制備方法下制 備性能各異的碳材料，并利用金屬離子對其進行改性制備具有較好吸附性能的 固體吸附劑。

【發明內容】

發明的目的是提供一種具有高效CO₂吸附性能的碳材料及其改性材料的制 備方法。

為實現上述目的，本發明提供一種吸附CO₂的碳材料的制備方法，包括下 述步驟：

將聚苯乙烯樹脂PS或氯甲基聚苯乙烯樹脂CMPS放置于小坩堝中，并將 小坩堝置于馬弗爐中，升溫將聚苯乙烯樹脂PS或氯甲基聚苯乙烯樹脂CMPS 碳化后，降溫至室溫，得到吸附CO₂的碳材料。

上述制備方法中，所述升溫速率為2～6℃·min^-1。

上述制備方法中，所述降溫速率為2～6℃·min^-1。

上述制備方法中，所述升溫速率為2～6℃·min^-1，所述降溫速率為 2～6℃·min^-1。

上述制備方法中，所述碳化方法為升溫至400℃后保持2～6h，再升溫至 500℃保持2～6h，最后升溫至600℃保持2～6h，所述升溫速率為 2～6℃·min^-1，所述降溫速率為2～6℃·min^-1。

本發明還提供一種對上述制備的吸附CO₂的碳材料進行金屬離子改性的 方法，包括下述步驟：將硝酸鹽和所制備的吸附CO₂的碳材料置于聚四氟乙烯 內襯中，加入去離子水進行攪拌溶解，然后置于均相反應器中進行水熱處理， 制得金屬離子改性的吸附CO₂的碳材料。

上述改性方法中，所述硝酸鹽是硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鎂或硝 酸鈣。

上述改性方法中，所述硝酸鹽與吸附CO₂的碳材料的質量比為[1～3]∶1。

上述改性方法中，所述均相反應器進行水熱處理時的旋轉速度為10～30 r·min^-1。

上述改性方法中，所述水熱處理的溫度為120～160℃，處理時間為 24～48h。

根據實驗結果，本發明所提供的金屬離子改性碳材料，在較低溫度和低壓環 境中，具有CO₂吸附容量較大、吸附-脫附溫度較低等特點，該方法解決了常見 的CO₂低壓吸附量小、脫附溫度較高等不足，有良好的工業應用前景。

【附圖簡要說明】

圖1所示為本發明實施例1制得的碳材料對CO₂吸附的穿透曲線圖。