[发明专利]一种碳基CO2吸附剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种碳基CO₂吸附剂的制备方法，包括（1）半焦的制备；（2）半焦的活化；（3）半焦的处理；（4）半焦的改性。本发明还涉及所制备的碳基CO₂吸附剂的应用。通过本发明制备的吸附剂的吸附量高、循环稳定性好、能耗少，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于吸附剂制备技术领域，具体涉及一种碳基CO₂吸附剂的制备方法及应用。

背景技术

近年来，气候变暖问题越来越引起人类的关注，即所谓的温室效应。温室效应给人类带来多种的危害，如冰川融化造成海平面上升、陆地荒漠化、生物多样性的丧失等等。产生温室效应的最主要原因，是温室气体的过量排放，CO₂在所有温室气体中对温室效应的贡献比例最大，约占总比的60%。同时，CO₂作为潜在的碳资源，在各个领域都具有广泛的应用。因此，CO₂的捕集和分离是减轻当前温室气体排放和回收这种潜在碳资源的最佳选择。特别是从大型烟气源（火力发电厂）捕集和封存二氧化碳有着重要意义。在现有的二氧化碳捕集方法中，碳基材料吸附法因具有较强的吸附能力和较低的能耗而具有广泛的应用前景。

碳基吸附剂的制备是碳基材料吸附法的关键。在现有碳基材料的选择及制备技术中，活性炭是以木屑、椰壳或其他有机物为原料经高温碳化和活化等一系列工艺制得多孔固体材料。原料通过粉碎筛分，在隔绝空气条件下炭化，然后在温度范围为800~1000℃下，调节进水量，用水进行活化，使其部分氧化，孔隙率和比表面积变大，最终得到活性炭；活性炭纤维是以碳纤维技术和活性炭技术为基本，还有一个称呼是纤维状活性炭，它的微孔很多，是一种理想的高效吸附材质，是第三代活性炭产品（前两代是粉状和粒状活性炭）。但因为其密集的孔结构，导致堆积密度较低，气体阻力较大，吸附CO₂的能力相对较低；活性半焦是一种以煤为原料制备的多孔碳基材料，既可以作为吸附剂，又可作为催化剂，同时还可以用作催化剂载体。基于半焦低成本性及多功能性，所以选用半焦进行研究意义重大，然而传统的半焦吸附能力较弱且蕴含杂质较多。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸附量高、循环稳定性好、能耗少的新型碳基CO₂吸附剂的制备方法和应用。

本发明采用如下技术方案：

一种碳基CO₂吸附剂的制备方法，其包括如下步骤：

（1）取褐煤，于100℃下干燥2-3h，冷却后用高速粉碎机进行粉碎，筛选出16-40目所需粒径；将筛选出的煤装入到固定床反应器中，通入N₂，热解2-3h，得到热解半焦；

（2）取热解半焦，装入到固定床反应器中，通入N₂，升温至800℃后，通入水蒸气，进行60-180min的活化，得到活化半焦；

（3）称取10-20g活化半焦，加入15-20ml浓盐酸，再加蒸馏水至浸没过活化半焦，搅拌浸渍0.5-1h；然后通过超声振荡器超声浸渍处理2-3h，抽滤并用蒸馏水进行洗涤，干燥；

（4）向经步骤（3）处理后的活化半焦中加入15-20ml氢氟酸，再加蒸馏水至浸没过半焦，搅拌浸渍0.5-1h，通过超声振荡器超声浸渍处理2-3h，抽滤并用蒸馏水进行洗涤，干燥，得到酸洗活性半焦；

（5）称取10-20g酸洗活性半焦，加入5-10ml的有机胺与20-25ml的无水乙醇溶液，通过超声振荡器超声浸渍处理3-4h，抽滤并用蒸馏水进行洗涤，干燥，得到碳基CO₂吸附剂。

进一步的，所述步骤（1）中，热解温度为800℃。

进一步的，所述步骤（2）中水蒸气的通入速率为0.04g水蒸气每分钟每克炭化料。