[发明专利]二氧化碳吸附用N-掺杂多孔炭材料、制备方法及其用途

说明书

本发明公开了一种二氧化碳吸附用N‑掺杂多孔炭材料、制备方法及其用途，包括把壳聚糖加入到混合熔盐中，混合均匀；得到的混合物在管式炉中，氩气或者氮气保护下进行煅烧，所得的产品经过洗涤，洗涤除去混合熔盐，制得本发明的N‑掺杂多孔炭材料。本发明制备工艺简单，制得的N‑掺杂多孔炭材料具有较高的氮元素掺杂，大的比表面积，高的孔体积，其孔径集中于10nm以下微孔‑介孔领域的特性；本发明N‑掺杂多孔炭材料作为CO₂固体吸附剂具有高的吸附能力、高的选择性和重复使用性。

技术领域

本发明涉及一种利用混合熔盐法制备的二氧化碳吸附用N-掺杂多孔炭材料及其方法，属于固体吸附剂制备技术领域。

背景技术

当今社会，全球工业化进程的不断加快造成了CO₂的大量排放，从而引起的温室效应，导致气候变化无常以及自然灾害频繁发生；同时CO₂也是一种非常重要的碳资源，可利用排放出CO₂合成有机化合物。因此，如何实现CO₂的高效捕集是目前人类社会可持续发展所面临的最为紧迫的问题之一。在当前CO₂的各种捕集方法中，固体吸附法是一种极具有应用潜力的CO₂捕集方法。在这种方法中，高效固体吸附剂的开发和选用是关键所在，一个捕集性能优越的固体吸附剂必须符合以下条件：在常温常压下吸附量大，选择性高且可以重复利用。

目前应用价值最高的固体吸附剂是多孔炭材料，这主要是因为其低廉的价格、良好的水热稳定性和丰富的孔结构。多孔炭是基于CO₂分子在其表面发生的物理吸附来捕集CO₂。研究表明，多孔炭材料的微观孔结构和异质氮原子掺杂是影响其捕集性能的两个关键因素：(1)不同孔径的孔对CO₂捕集性能有不同的影响，当孔径由微孔向大孔逐渐转变时，超多层吸附逐渐变为多层吸附或者单层吸附甚至不再吸附；(2)异质氮原子和CO₂分子由于极性相互作用，能够较大幅度的增加CO₂的吸附量和选择性。基于此，有必要开发兼具有效孔结构和异质氮原子N-掺杂多孔炭材料来大幅提高CO₂的吸附量，选择性以及重复性。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过简便的混合熔盐法制备得到的可用于二氧化碳吸附用N-掺杂多孔炭材料及其方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种N-掺杂多孔炭材料，通过混合熔盐模板法得到高比表面积、高孔体积和孔径可调的多孔炭材料，其中，比表面积为1200-2600m²g^-1，孔体积为0.60-1.20cm³g^-1，最可几孔径在0.8-3.0nm之间，N含量为4.5-6.5％。

进一步的，优选的N-掺杂多孔炭材料的比表面积为2600m²g^-1，孔体积为1.30cm³g^-1，最可几孔径为2.8nm。

上述N-掺杂多孔炭材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将混合熔盐溶解于水中；

2)将一定量的壳聚糖溶解于含乙酸的水溶液中；

3)在室温下，将步骤1)和步骤2)水溶液混合后搅拌一定时间；

4)步骤3)所述混合液进行冷冻干燥；

5)一定温度下，在气体保护下煅烧一定时间后，经过洗涤干燥，得到所述的N-掺杂多孔炭材料。