[发明专利]一种生物质基活性炭微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物质基活性炭微球及其制备方法和应用。制备方法包括以下步骤：将废弃生物质粉末与多种试剂混合并于室温下充分搅拌至均匀，得到悬浮液；将悬浮液转移到反应釜中水热后，得到水热碳球；水热碳球冷却后经水洗涤、干燥后得到炭的前驱体；将炭的前驱体与含氮物、活化剂以一定比例混合研磨后经焙烧、洗涤、干燥，制得所述生物质基活性炭微球，其比表面积可达1349.17～1685.68m²/g。本发明具有原料廉价、配方简单、制备条件温和、产物呈球形形貌以及所制得的活性炭微球在室温下对CO₂具有优良的吸附性能及稳定的循环再生吸附性能、较佳的CO₂/N₂吸附选择性等优点。

技术领域

本发明属于CO₂吸附剂领域，具体涉及一种生物质基活性炭微球及其制备方法和应用。

背景技术

生物质是一定积累量的动植物资源和来源于动植物废弃物的总称，是地球上唯一的可再生碳能源，被誉为“传统化石燃料替代品”，每年大约生产66亿吨，其中大部分农废被焚烧处理，利用率极低。以化石燃料燃烧进行发电的火电厂是全球最大的CO₂排放源，约占CO₂总排放量的35％。在燃料燃烧、预燃烧和燃烧后三种碳捕获方法中，从燃烧后的烟道气中捕获CO₂是最简单的方法。燃烧后的烟道气(T＜200℃)主要是CO₂和N₂的混合物，但因CO₂分压较低导致其分离难度很大，在某种意义上，已成为制约21世纪世界节能减排格局的重大科学问题。因此，对低温CO₂进行吸附、回收具有十分重要的战略意义。

水热炭化法(HTC)是指在密封的压力容器中，以生物质为原料、以水为溶剂和反应介质、在自压力和150～375℃的反应温度下合成富碳产物的过程。与传统的热化学转化法相比，HTC温度低，原料不受水分含量限制，耗能少，CO₂释放量少，已经成为一种高效的生物质预处理手段和生物质全组分转化方法；且水热炭含氧官能团丰富、表面化学性质可调、热值(HHV)高，在金属离子吸附、多孔炭材料的制备、固体酸催化剂和清洁能源等领域均取得了一些进展(吴艳姣，李伟，吴琼，等.水热炭的制备，性质及应用[J].化学进展,2015,28(1):121-130.)。CN106629661A公开了一种甘蔗渣制备碳纳米球的工艺，将甘蔗渣置于硫酸、磷酸和水的混合溶液中，使甘蔗渣中的纤维素和半纤维素溶解，并将该溶剂过滤得到滤液，滤液进行水热反应时将甘蔗渣中小分子糖溶出，再利用小分子糖溶液水热法制备碳球。该方法工艺简单，原料来源广泛，但制备过程中用到两种酸溶液，对环境不友好。CN102219204A公开了一种生物质基胶体碳的制备方法，用稀酸、浓酸分别水解玉米秸秆获得木糖和葡萄糖的糖酸溶液，糖酸溶液原位缩聚炭化，制备出以木糖或葡萄糖为前驱体的胶体碳球。该方法废物利用率高，但操作过程较复杂。

传统的水热法制备碳球一般会采用小分子生物质如蔗糖、葡萄糖等为碳源，如Sevilla Marta等人(Marta Sevilla,Antonio B.Fuertes.Chemical and structuralproperties of carbonaceous products obtained by hydrothermal carbonization ofsaccharides[J].Chemistry-A European Journal,2009,15,4195-4203)将三种不同的糖类(葡萄糖、蔗糖、淀粉)分别水热制备微米级碳球。但以富含木质素、高结晶度纤维素的农业废弃生物质(核、壳、皮、杆)为原料，经温和的水热法制备球形生物炭材料在国内外鲜有报道。基于此，利用废弃生物质作为原材料制备可用于室温CO₂捕集的微米碳球就具有极强的竞争力，且其有望作为多种材料的廉价负载基体。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种生物质基活性炭微球的制备方法。