[发明专利]一种具有超高超微孔糖蜜基碳材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于吸附材料的技术领域，公开了一种具有超高超微孔糖蜜基碳材料及其制备方法与应用。方法：(1)将糖蜜、四硼酸钠、双氰胺以及催化剂在水中混合均匀，然后置于水热反应釜中进行水热反应，获得碳前驱体；所述水热反应的温度为190～210℃；(2)将碳前驱体和活化剂混匀，然后置于活化装置中进行阶梯式程序升温活化，后续处理，得到具有超高超微孔糖蜜基碳材料；所述阶梯式程序升温活化具体是指先升温至300～500℃进行保温活化；然后继续升温至500～690℃再次进行保温活化。本发明的糖蜜基碳材料超微孔孔容所占的比例高，高达到68.97％，在常压下，尤其在低压条件下，对CO₂具有非常好的吸附量。

技术领域

本发明属于吸附材料领域，具体涉及一种具有超高超微孔糖蜜基碳材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着全球人口规模的增长和工业化规模的扩大，能源消耗量急剧增长。化石燃料在满足全球85％的能源需求的同时，也向大气中排放了大量的CO₂。为了降低大气中CO₂含量，对CO₂进行捕获和封存将是有效的途径之一。目前有两种CO₂捕获方式：第一，人们可以在CO₂排放的固定源，例如火力发电厂、化工厂等固定源排放烟道气中捕获CO₂。但是，烟道气中含有大量污染物，包括灰尘、粉渣、硫化物等，在CO₂捕获之前，需要对烟道气进行净化，这无形中了增加了CO₂捕获的成本。第二，人们可以直接从空气(大气)中捕获CO₂。相比于固定源，从大气中直接捕获CO₂具有以下优点：空气比较干净，不需要增加额外的净化设备，基础设备的投入更少，可实施性更强，可有效降低CO₂捕获成本；不受地点限制，可就地捕获，与固定源相比具有相当大的灵活性。然而，直接从空气中捕获CO₂也面临挑战：由于大气中CO₂浓度很低(～420ppm)，因此需要开发在低CO₂分压条件下对CO₂具有较大吸附容量的吸附材料。为解决这一问题，采用有机胺负载在多孔材料是一种有效方法。例如，Shi等人(Y JinsongShi,Nanfu Yan,Hongmin Cui,et al.Nitrogen doped hierarchically porous carbonderived from glucosaminehydrochloride for CO2adsorption[J].Journal of CO₂Utilization21(2017)444–449)采用氨基葡萄糖制备了含氮量较高的碳材料，使其在298K、0.15atm下对CO₂的吸附量可以达到1.45mmol/g，但氨基葡萄糖价格较贵，导致成本高。Ahmed等人(Ahmed S,Ramli A,Yusup S,et al.Development of polyethylenimine-functionalized mesoporous Si-MCM-41for CO2adsorption[J].Fuel ProcessingTechnology,2017,167:622-630)用聚乙烯亚胺(PEI)改性介孔分子筛，使其在348K、0.15atm下对CO₂的吸附量可以达到1.48mmol/g。但是该材料在常温条件下对CO₂吸附容量不高，不利于常温条件下直接从大气中捕获CO₂。

另外，一些多孔碳材料由于孔径分布广，超微孔孔容所占比例较低，使得多孔碳材料对CO₂的吸附量不高。

发明内容