所屬技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及納米材料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種吸附co2的氮摻雜炭吸附劑的制備方法

背景技術(shù)：
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co2，n2o和ch4是影響溫室效應(yīng)的主要有害氣體，然而近些年這些氣體的排放量與日俱增，將會(huì)引起明顯的氣候變化，包括全球溫度升高，海平面上升，厄爾尼諾現(xiàn)象。其中化石燃料燃燒生成的co2是主要的有害氣體，占到了百分之五十，在找到合適的可再生替代能源之前，對(duì)co2氣體進(jìn)行有效捕獲以減少排放很有必要。常用的有效co2捕獲方法包括化學(xué)吸附，強(qiáng)堿中和，低溫存儲(chǔ)等等，但是所用設(shè)備和化學(xué)試劑成本高，不可再生甚至有毒等限制了實(shí)際應(yīng)用。使用多孔的固體吸附劑進(jìn)行的物理吸附提供了一種有效的吸附co2方式，co2分子與多孔結(jié)構(gòu)之間強(qiáng)烈的相互作用能有效增強(qiáng)選擇性吸附和吸附容量。

近期研究指出使用不同方法制備的得到的具有不同性質(zhì)的多孔碳材料均對(duì)co2氣體表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能。對(duì)于炭吸附劑，多孔結(jié)構(gòu)和表面特性等化學(xué)性質(zhì)決定了他們對(duì)氣體的吸附容量。尤其是含氮官能團(tuán)的吸附劑，有利于對(duì)h2s,co2,hcl等酸性氣體的吸附，主要源于含氮官能團(tuán)表現(xiàn)出的堿性性質(zhì)能與酸性氣體反應(yīng)，同時(shí)炭材料表面與氣體間有很強(qiáng)的氫鍵作用，均能增加二者之間的吸引力。具有發(fā)達(dá)孔結(jié)構(gòu)和高比表面積的碳質(zhì)吸附劑通過(guò)促進(jìn)缺陷位的配位和范德華力作用有效促進(jìn)物理吸附過(guò)程。

美國(guó)專(zhuān)利(wo2013022521a1)介紹了一種有效去除co2氣體的吸附劑。該發(fā)明為一種復(fù)合吸附劑，包含一種含沸石的co2吸附劑以及熱容至少83.7j/(mol.k)的濃度為10％的金屬氧化物。該吸附劑有效用于循環(huán)吸附過(guò)程中的多層吸附，第一層主要是金屬氧化物等去除水蒸氣的吸附劑，第二層為co2吸附劑，該復(fù)合吸附劑有效應(yīng)用于低溫空氣分離之前的預(yù)純化過(guò)程，但是該吸附劑對(duì)于純co2的飽和吸附量較低。

公開(kāi)號(hào)為cn103501891a的中國(guó)專(zhuān)利介紹了一種利用高溫?zé)峤饩燮纫蚁┫稻酆衔锘蚬簿畚锘蚱渌线m的樹(shù)脂材料，得到微粒狀的富碳熱解固體吸附劑的制備方法。在常溫常壓下，對(duì)co2氣體的吸附容量大于105cc/克，同時(shí)對(duì)co2/n2的選擇吸附亨利定律分離因子大于5，適宜用于co2氣體的吸附尤其對(duì)燃煤發(fā)電廠(chǎng)的煙道氣有很好的吸附作用，反應(yīng)涉及高溫?zé)峤?，且伴隨著有害物質(zhì)的產(chǎn)生，不利于可持續(xù)發(fā)展。

公開(kāi)號(hào)為cn105817197a的中國(guó)專(zhuān)利介紹了一種高效分離co2的粉煤灰基吸附劑的制備方法。以粉煤灰為原料，采用堿熔融水熱法制備得到粉煤灰基吸附劑，對(duì)氣體co2/n2以及co2/ch4有很好的選擇吸附性。充分利用了粉煤灰制備的高附加值產(chǎn)品，制備的吸附劑廉價(jià)易得，但是反應(yīng)需要堿性反應(yīng)試劑，提高了后期處理的成本。

公開(kāi)號(hào)為cn103464099a的中國(guó)專(zhuān)利介紹了一種變壓吸附分離co2/n2用活性炭的制備方法。將煤粉與煤焦油、水、復(fù)合催化劑經(jīng)混捏、成型、炭化、活化后得到柱狀活性炭吸附劑?；罨饕捎盟魵猓咚俚恼羝麑⑻炕^(guò)程產(chǎn)生并積蓄在活性炭孔隙結(jié)構(gòu)中的焦油物質(zhì)及裂解產(chǎn)物清除，使活性炭封閉的孔結(jié)構(gòu)打開(kāi)，同時(shí)在硝酸鹽和氯化物配伍的混合物符合催化劑的作用下，進(jìn)一步改善活性炭的微孔分布，提高孔容和比表面積，吸附容量較高。但是反應(yīng)步驟冗長(zhǎng)，過(guò)程涉及有機(jī)試劑，對(duì)環(huán)境負(fù)荷較大。

公開(kāi)號(hào)為cn1676210a的中國(guó)專(zhuān)利介紹了一種高鈣基co2吸收劑及其制備方法。以醇，水，鋁鹽及氧化鈣為原料，先在800～1000℃煅燒1-4h，加入醇和水并干燥后在500-700℃中煅燒3h，磨碎磨細(xì)后在700～1100℃煅燒1～3h，再次磨碎研細(xì)即為高活性鈣基co2吸收劑。該吸收劑反應(yīng)活性較穩(wěn)定，是天然氣重整制氫反應(yīng)工藝的理想吸收劑，但是反應(yīng)分多步進(jìn)行，且均涉及高溫活化，不易控制且溫度對(duì)產(chǎn)物的性能影響較大。

綜上所述，目前制備的co2吸附劑主要以聚合物，煤粉，金屬鹽，沸石等為原料，有機(jī)溶劑為試劑，經(jīng)酸堿處理后通過(guò)高溫或者幾步復(fù)雜的處理過(guò)程，得到多孔或者富含利于與co2結(jié)合的官能團(tuán)的吸附劑，這些方法通常反應(yīng)需要多步驟進(jìn)行，反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物吸附性能有很大影響，增加了反應(yīng)成本，且不利于大規(guī)模的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)利用。而具有堿性官能團(tuán)的碳質(zhì)基材料作為吸附劑在污染氣體處理方面展現(xiàn)出優(yōu)異且穩(wěn)定的性能，因此，尋求一種簡(jiǎn)單易行、環(huán)保的方法制備具有堿性官能團(tuán)的高co2吸附性能的新型碳質(zhì)材料具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種吸附co2的氮摻雜炭吸附劑的制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：一種吸附co2的氮摻雜炭吸附劑的制備方法，其特征在于：以速生楊木樹(shù)皮為原料，含氮化合物為氮源，純水為溶劑，高溫高壓水熱條件處理后，離心、分離得到深棕色固體產(chǎn)物，將棕色固體產(chǎn)物用蒸餾水、無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次至濾液澄清，80℃烘干后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下高溫煅燒，得到氮摻雜的微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的吸附劑，對(duì)氣體co2有較高的吸附容量。本操作工藝的主要特點(diǎn)是林木廢棄物樹(shù)皮為原料，環(huán)保廉價(jià)易得，水為溶劑，含氮化合物為氮源，惰性氣體保護(hù)下經(jīng)高溫煅燒能夠得到較高的比表面積和發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，利于對(duì)co2氣體的吸附作用。通過(guò)調(diào)控水熱制備條件，氮源摻雜比例，高溫炭化參數(shù)可以控制制備吸附劑的表面官能團(tuán)組成和孔尺寸分布，得到吸附性能優(yōu)異的吸附劑。本法采用的水熱反應(yīng)操作過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)且可控，具有優(yōu)良的吸附效果。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、以速生楊木樹(shù)皮為原料，充分利用農(nóng)林廢棄物，原料豐富廉價(jià)可再生，環(huán)保天然無(wú)污染；

2、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，使用水熱反應(yīng)，以水為溶劑，原料不需預(yù)處理，反應(yīng)條件溫和，過(guò)程操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，得率高。

3、本發(fā)明以氮源為摻雜源，得到的吸附劑比表面積介于1200-1800m²/g之間,微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，符合高co2吸附性能吸附劑的要求。

4、本發(fā)明反應(yīng)中不涉及有害的化學(xué)試劑和化學(xué)活化步驟，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，生成的含氮官能團(tuán)和發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)協(xié)同作用使其對(duì)co2有較高的吸附容量。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的氮摻雜炭吸附劑sem圖片；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的氮摻雜炭吸附劑tem圖片；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的氮摻雜炭吸附劑的各項(xiàng)參數(shù)。

具體實(shí)施方式：

下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

一種吸附co2的氮摻雜炭吸附劑的制備方法，其特征在于：以速生楊木樹(shù)皮為原料，含氮化合物為氮源，純水為溶劑，高溫高壓水熱條件處理后，離心、分離得到深棕色固體產(chǎn)物，將棕色固體產(chǎn)物用蒸餾水、無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次至濾液澄清，80℃烘干后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下高溫煅燒，得到氮摻雜的微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的吸附劑，對(duì)氣體co2有較高的吸附容量。

下面，本發(fā)明將用實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，但是它并不限于這些實(shí)施例的任一個(gè)或類(lèi)似實(shí)例。

實(shí)施例1：

將楊木樹(shù)皮磨成木粉，篩選40-60目木粉為原料，取3g上述木粉溶于40ml水溶液中，加入尿素作為氮源，濃度為4％，攪拌均勻后倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，保證溶液體積與反應(yīng)釜容積比為3:5，升溫至240℃后恒溫反應(yīng)12h，冷卻降至室溫后，以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離2次，得到棕色固體產(chǎn)物。先后用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌3次，80℃真空干燥后得到氮摻雜水熱碳前驅(qū)體，放入管式電阻爐中，以5℃/min升溫至目標(biāo)溫度800℃，恒溫2h，得到微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的氮摻雜炭吸附劑，比表面積為1625m²/g，平均孔徑為2.05nm。

利用麥克公司asps2020n2吸附儀測(cè)試制備吸附劑對(duì)co2的吸附性能，吸附測(cè)試前，將吸附劑在200℃條件下脫氣4h，除去水分和雜質(zhì)，后測(cè)試其在室溫條件下(25℃)的co2吸附性能。結(jié)果表明，實(shí)例1中的吸附劑對(duì)co2的飽和吸附值為138mg/g。

實(shí)施例2：

將楊木樹(shù)皮磨成木粉，篩選40-60目木粉為原料，取4g上述木粉溶于50ml水溶液中，加入尿素作為氮源，濃度為6％，攪拌均勻后倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，保證溶液體積與反應(yīng)釜容積比為3:5，升溫至260℃后恒溫反應(yīng)10h，冷卻降至室溫后，以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離2次，得到棕色固體產(chǎn)物。先后用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌2次，80℃真空干燥后得到氮摻雜水熱碳前驅(qū)體，放入管式電阻爐中，以5℃/min升溫至目標(biāo)溫度900℃，恒溫1.5h，得到微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的氮摻雜炭吸附劑，比表面積為1755m²/g，平均孔徑為2.03nm。

利用麥克公司asps2020n2吸附儀測(cè)試制備吸附劑對(duì)co2的吸附性能，吸附測(cè)試前，將吸附劑在200℃條件下脫氣4h，除去水分和雜質(zhì)，后測(cè)試其在室溫條件下(25℃)的co2吸附性能。結(jié)果表明，實(shí)例1中的吸附劑對(duì)co2的飽和吸附值為158mg/g。