[發明專利]一種二氧化碳吸附用多孔碳納米纖維材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710266028.3
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107051382B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 熊瑤;鄭煜銘;鐘鷺斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02
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本發明公開一種二氧化碳（CO₂）吸附用多孔碳納米纖維材料及其制備方法，屬于納米材料和環境治理領域。制備方法包括：熱重法篩選碳前驅體和有機造孔劑；配制紡絲液；靜電紡絲法得到復合納米纖維膜；通過低溫預氧化、高溫碳化處理，得到超高比表面積多孔碳納米纖維材料。此方法可免除傳統碳材料制備的活化步驟，成本低，制備工藝簡單，可選擇性得調控其孔結構。本發明提供一種高效二氧化碳吸附劑，具有超高比表面積，超高孔隙率；具有大量的微孔及超微孔，極有利于二氧化碳吸附，使其二氧化碳吸附容量大；同時該材料具有脫附條件溫和，材料可重復利用等優點，使其在二氧化碳捕集領域具有良好的應用前景和環境治理效益。

技術領域

本發明公開一種二氧化碳吸附用多孔碳納米纖維材料及其制備方法，屬于納米材料和環境治理領域。

背景技術

近年來，溫室效應是環境領域關注的熱點問題，主要由大氣中溫室氣體的富集引起。二氧化碳是溫室氣體的重要組成成分，隨著人類經濟活動的日益頻繁，化石燃料的大量消耗，大氣中二氧化碳濃度逐年增高；溫室效應對全球氣候的影響愈來愈嚴重，造成全球氣候變暖，極端氣候時常發生等反常現象；因此，減少二氧化碳的排放和對二氧化碳捕集具有極其重要的意義。

碳材料作為常用固體吸附劑，具有高比表，高孔隙率，良好的熱穩定性及化學穩定性等特點，在二氧化碳吸附領域極具應用前景；國內外已有大量學者從事相關研究，報道了多種碳材料，包括活性炭、碳納米纖維、碳納米管、石墨烯等在二氧化碳吸附領域的應用，并取得了良好的吸附效果，比如：James M. Tour等（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015,7, 1376?1382），Zhenan Bao等（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 1001?1009）和專利CN105664850A“一種高性能碳基二氧化碳吸附劑材料的制備方法及其應用”，通過活化碳前驅體制備活性炭材料來吸附二氧化碳，以及Ki Bong Lee等（Carbon, 99, 2016, 354-360）和Jun Liu等（Chemical Engineering Journal，276，2015，44–50）通過靜電紡絲技術制備碳納米纖維來吸附二氧化碳；雖然這些材料對CO₂有顯著的吸附效果，但現階段所開發的二氧化碳吸附劑大多需通過物理活化或化學活化方法制備。該制備方法所涉及的活化過程工藝復雜，條件難控；活化試劑腐蝕性強，設備維護成本高；且活化后易產生二次污染，引發新的環境治理問題。

混合靜電紡絲法是一種利用兩種或多種不相混的高分子進行混合靜電紡絲制備復合納米纖維膜的方法；該方法主要通過高壓靜電作用力將聚合物溶液拉伸成絲，形成納米纖維膜；所制備的納米纖維尺寸均勻，直徑在幾十納米到幾微米的范圍內；眾所周知，靜電紡絲納米纖維膜通過低溫預氧化、高溫碳化和高溫活化等處理可制備高比表面積碳納米纖維材料；對于采用復合靜電紡絲納米纖維膜制備碳納米纖維材料，由于混合的兩種或多種高分子物理性質不同，其中一種或多種可在后續的熱處理過程中（預氧化和碳化）易發生熱分解而除去，從而在生成的碳納米纖維骨架中形成大量孔隙，這將極大得提升材料的比表面積及孔隙率。因此，無需進行活化處理，便可得到高比表面積、高孔隙率的碳納米纖維材料。