[發明專利]一種吸附CO2的蝦殼基含氮活性炭的制備方法

在審

• 申請號: 201710065358.6
• 申請日: 2017-02-06
• 公開（公告）號: CN106698425A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 蔡衛權;張守特
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01B32/342
• 分類號: C01B32/342
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及一種含氮活性炭的制備方法，具體是一種高效吸附CO₂的蝦殼基含氮活性炭的制備方法。

背景技術

自工業革命以來，尤其是1950年以來，化石原料燃燒帶來以CO₂為主的大量溫室氣體的排放，導致大量的干旱、洪災、海平面上升，以及諸多不可預測的災難。因此，實施CO₂的捕獲和富集具有重要的理論和實際意義。目前，捕集CO₂的主要方法有液相吸收法、固態吸附法和膜分離法等。其中液相吸收法對設備有強腐蝕性、吸收劑再生能耗大及易被氧化，易降解；膜分離法存在分離效率較低、成本高等問題，限制了其應用。相比之下，固體吸附法操作相對簡單，對設備的腐蝕性小，是一種極具推廣前景的CO₂捕集回收技術。

我國是蝦養殖大國，蝦仁在加工過程中占蝦總質量30～40％的蝦殼被剔除。蝦殼中含有豐富的蛋白質、甲殼素和殼聚糖、蝦青素、不飽和脂肪酸以及必需氨基酸，具有廣闊的開發利用前景。但由于技術條件的限制，大部分蝦殼被用于生產飼料，利用價值大大降低，而且占用大量土地，造成環境污染。考慮到蝦殼具有碳、氮含量高，廣泛易得且成本低廉的優勢，可以將其作為制備活性炭的理想前驅體。

蝦殼基含氮活性炭材料不僅具有活性炭高的比表面積、豐富的孔結構、良好的穩定性及耐高溫耐酸堿性等優點，同時氮原子的引入使得活性炭材料具有了一定的堿性，蝦殼基含氮活性炭吸附CO₂因其低廉的成本，高吸附容量，高吸附選擇性，較快的吸附動力學，優異的循環再生性能是固體材料捕獲CO₂中最具有前景的材料之一。因此，從蝦殼制備含氮活性炭既可以減少生活垃圾的數量，又可以開發蝦殼的新用途。中國專利文獻CN105271171A公開了一種以蝦殼為碳源的N摻雜多級孔碳材料的制備方法，其特征在于以無毒、廉價的蝦殼為碳源，在N₂的保護作用下，經高溫煅燒，用稀鹽酸處理，再用乙醇和蒸餾水的混合溶液反復清洗，烘干至恒重，得到N摻雜的多級孔蝦殼炭材料；再與氫氧化鉀以不同比例混合，在N₂的保護下煅燒，再經過熱蒸餾水處理、稀鹽酸處理，除去反應過程中產生的碳酸鉀等雜質；再經過蒸餾水反復沖洗，過濾烘干至恒重，得到N摻雜的多孔碳材料。該多孔碳材料已成功應用于水環境中磺胺二甲基嘧啶和氯霉素的去除，而且具有優異的再生性能。但該方法需要炭化處理與活化處理，這兩次處理的能耗比較大，且氫氧化鉀活化劑易污染環境等缺點。中國專利文獻CN104310396A公開了一種高效吸附CO₂的活性炭的制備方法，以三聚氰胺和甲醛反應后加入對氨基苯酚，回流反應4h，降溫到室溫，然后加入F127或P123的甲醇溶液，分別在100-120、130-160、170-190、210-230和240-260℃下分段分別固化得含氮預聚物；再炭化，炭化料與KOH混合后活化0.5-2.0h；最后經去離子水反復洗滌至中性，干燥后得到產品。該發明制備的活性炭具有高比表面積、高氮含量和高CO₂吸附性能的優點。但該方法使用了大量昂貴且有毒的有機物作為前驅物，采用的KOH活化劑具有中等毒性和極強的腐蝕性，并且先炭化再與KOH混合活化，工藝復雜，這與綠色化學倡導無毒、無害原料的理念不符。

綜上，基于相對友好的活化劑，研制一種廉價高效的CO₂吸附材料具有重要的科學價值和良好的應用前景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種原料廉價，采用一步炭化與活化原位制備含氮活性炭的方法，所制備的蝦殼基含氮活性炭在室溫下對主要溫室氣體CO₂具有優良的吸附性能與穩定的循環再生吸附性能。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的吸附CO₂的蝦殼基含氮活性炭的制備方法，包括以下步驟：

(1)將洗凈、干燥后的廢棄蝦殼成粉到100-140目，隨后用過量的1mol/L鹽酸浸泡12h，經過濾、蒸餾水洗至中性、干燥后得到蝦殼粉末；

(2)將蝦殼粉末和活化劑按一定質量比在研磨機中混合均勻，得到混合物；

(3)將混合物置于50ml/min的N₂氣氛中，經炭化后得到炭化料；

(4)炭化料經1mol/L鹽酸與蒸餾水反復洗滌至中性，在110℃下干燥12h后，得到吸附CO₂的蝦殼基含氮活性炭。

所述的步驟(2)中采用的活化劑為草酸鉀。