[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: 201810487386.1
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108686617A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 楊泛明;張龍;肖文杰;鄭策;楚廣;劉磊;陳思敏;王超林
• 申請（專利權）人: 湖南城市學院
• 主分類號: B01J20/06
• 分類號: B01J20/06;B01J20/20;B01J20/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種吸附CO₂的碳材料的制備與改性方法，包括以下步驟：將茶葉浸泡于水中一段時間，移除水后得到茶葉渣。將茶葉渣晾干后置于小坩堝中，并將小坩堝置于馬弗爐中，升溫將茶葉渣碳化后，降溫至室溫，得到碳材料。本發明還提供了將所制備的碳材料進行金屬離子改性的方法。本發明所制備的碳材料在較低濃度CO₂環境中具有較大的吸附量，并且制備方法簡單，成本較低，具有較好的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及一種在較低溫度、較低CO₂濃度環境中具有高效CO₂吸附性能的碳材料的制備與改性方法。

背景技術

近年來，全球工業化進程加快，CO₂排放量急劇增大，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捕獲已成為各國關注焦點。CO₂捕獲技術中，CO₂吸附具有吸附量較大、吸附速率較快、腐蝕性較小等優點而受到廣泛關注。

吸附劑制備是CO₂吸附技術的核心。CO₂吸附劑中，碳材料因具有較大的CO₂吸附量，吸附速率較快，吸-脫附溫度較低，能耗較小，價格低廉、不易腐蝕設備等特點而備受關注。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。氣體分子與固體吸附劑接觸時，可進入碳材料孔道內，也可與材料表面金屬離子形成較強的靜電作用，從而達到高效吸附CO₂的目的。

改性碳材料的吸附性能與碳材料性質、改性物質的種類及兩者質量等因素有關。不同的碳材料具有不同的孔結構，因此具有不同的CO₂吸附性能。利用金屬離子對碳材料改性后，氣體分子既可物理堆積于碳材料表面，又可與金屬離子形成較強的靜電作用，使CO₂分子更容易吸附于材料表面。若金屬離子中具有Lewis酸位，還可與CO₂分子成鍵，提高CO₂吸附性能。除此之外，利用金屬離子改性后，碳材料孔結構發生改變。當材料孔徑逐漸接近CO₂分子動力學直徑時，CO₂吸附量及選擇性均增大。因此可以利用不同碳源制備結構各異的碳材料，并利用金屬離子對其進行改性制備具有高效CO₂吸附性能的吸附劑。

發明內容

發明的目的是提供一種吸附CO₂的碳材料的制備與改性方法。

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：

將茶葉置于80℃～100℃水中浸泡0.5h～1h，移除水后得到茶葉渣，將茶葉渣晾干后置于小坩堝中，并將小坩堝置于馬弗爐中，以3～5℃·min^-1速率進行升溫，待茶葉渣碳化后，以3～5℃·min^-1速率降溫至室溫，即得到吸附CO₂的碳材料。

上述制備方法中，所述茶葉為安化黑茶茶葉或安化紅茶茶葉。

上述制備方法中，所述碳化方法為升溫至300℃后保持4h～6h，再升溫至400℃保持4h～6h，最后升溫至500℃保持4h～6h。

本發明還提供一種對上述制備的吸附CO₂碳材料進行金屬離子改性的方法，包括下述步驟：

將金屬鹽和制備的吸附CO₂的碳材料置于聚四氟乙烯內襯中，加入去離子水中攪拌溶解，然后置于100℃～120℃干燥箱中進行水熱處理12h～24h，即可制得金屬離子改性的碳材料。

上述改性方法中，所述金屬鹽是ZrOCl₂·8H₂O或ZrO(NO₃)₂。