[發明專利]一種生物炭基富氮復合材料、其制備和應用

有效

• 申請號: 201910833896.4
• 申請日: 2019-09-04
• 公開（公告）號: CN110548488B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 張雄;張俊杰;黃丹茹;邵敬愛;張世紅;王賢華;楊海平;陳漢平
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/20;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 彭翠;李智

本發明屬于復合材料技術領域，更具體地，涉及一種生物炭基富氮復合材料、其制備和應用。將金屬有機骨架材料前驅體溶液與熱解生物炭混合，得到混合液；將混合液在攪拌條件下反應，使其在生物炭表面原位合成金屬有機骨架材料；固液分離，對得到的固體進行洗滌、干燥得到所述生物炭基富氮復合材料。通過將熱解生物炭與金屬有骨架材料的前驅體溶液混合，使得金屬有機骨架材料在生物炭表面原位合成，獲得一種生物炭基富氮復合材料，以提高其二氧化碳吸附效果，由此解決現有技術二氧化碳吸附材料的比表面積與含氮量低、對二氧化碳吸附效果不佳，用于氣體吸附的金屬有機骨架硬度不足、分子間吸附保留力不足等的技術問題。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，更具體地，涉及一種生物炭基富氮復合材料、其制備和應用。

背景技術

目前大氣中二氧化碳濃度已達400ppm，若沒有有效的調控手段，到2050年預計可達500ppm，將威脅著全球的生態文明。傳統處理二氧化碳的方式主要有氨溶液吸收法，膜分離法，吸附法，低溫法等，其中吸附法由于具有能量利用效率高、設備低成本、操作方便簡單、溫度區間廣等優點，被廣泛研究和應用。商用活性炭是常見的CO₂吸附劑，但是其原料來源以及成本的限制，促使了更多替代物的產生，其中生物炭因其具有孔隙率高、原料來源廣泛、綠色可再生的特點被越來越多的用于吸附氣體污染物。

生物炭對CO₂吸附過程屬于物理化學過程，孔隙結構及含氮官能團被大量文獻證明是影響CO₂吸附效果的關鍵因素。因此許多文獻針對于生物炭改性方式進行研究。

CN104525110公開了一種富氮活性生物質焦炭及其制備方法，主要是通過水蒸氣、氨氣活化的方式，同時提高生物炭的孔隙結構和含氮官能團，然而，氨氣這種有毒氣體的加入使其無法大規模應用，而且改性后的生物炭比表面積并不是很高(268.74m²/g以及358.06m²/g)，含氮量也較低(3.4％以及2.89％)。Zhang等人(Sustainable andhierarchical porous Enteromorpha prolifera based carbon for CO₂ capture,Journal of Hazardous Materials,2012)以滸苔為原料制備出氮含量為2.6wt％、比表面積為418m²/g的活性生物焦用于二氧化碳吸附，然而其比表面積與含氮量依然相對較低。

金屬有機骨架(Metal Organic Frameworks,MOFs)是近些年發展迅速的一種通過自組裝形式配位的多孔材料，它不同于傳統炭材料，有較高的比表面積、孔道的可調控性、豐富的官能團及其可選擇性，因此被廣泛應用于氣體吸附中。但是其硬度不足、分子間吸附保留力不足等缺點也限制了其吸附應用范圍。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種生物炭基富氮復合材料、其制備和應用，其通過將熱解生物炭與金屬有骨架材料的前驅體溶液混合，使得金屬有機骨架材料在生物炭表面原位合成，獲得一種生物炭基富氮復合材料，以提高其二氧化碳吸附效果，由此解決現有技術二氧化碳吸附材料的比表面積與含氮量低、對二氧化碳吸附效果不佳，用于氣體吸附的金屬有機骨架硬度不足、分子間吸附保留力不足等的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種生物炭基富氮復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將生物質進行熱解反應，得到生物炭；

(2)將金屬有機骨架材料前驅體溶液與步驟(1)獲得的生物炭混合，得到混合液；所述金屬有機骨架材料前驅體溶液包括金屬鹽溶于溶劑中獲得的金屬鹽溶液以及有機配體溶于溶劑中獲得的有機配體溶液，且所述有機配體中含有氮元素；