[发明专利]一种生物炭基富氮复合材料、其制备和应用

说明书

本发明属于复合材料技术领域，更具体地，涉及一种生物炭基富氮复合材料、其制备和应用。将金属有机骨架材料前驱体溶液与热解生物炭混合，得到混合液；将混合液在搅拌条件下反应，使其在生物炭表面原位合成金属有机骨架材料；固液分离，对得到的固体进行洗涤、干燥得到所述生物炭基富氮复合材料。通过将热解生物炭与金属有骨架材料的前驱体溶液混合，使得金属有机骨架材料在生物炭表面原位合成，获得一种生物炭基富氮复合材料，以提高其二氧化碳吸附效果，由此解决现有技术二氧化碳吸附材料的比表面积与含氮量低、对二氧化碳吸附效果不佳，用于气体吸附的金属有机骨架硬度不足、分子间吸附保留力不足等的技术问题。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，更具体地，涉及一种生物炭基富氮复合材料、其制备和应用。

背景技术

目前大气中二氧化碳浓度已达400ppm，若没有有效的调控手段，到2050年预计可达500ppm，将威胁着全球的生态文明。传统处理二氧化碳的方式主要有氨溶液吸收法，膜分离法，吸附法，低温法等，其中吸附法由于具有能量利用效率高、设备低成本、操作方便简单、温度区间广等优点，被广泛研究和应用。商用活性炭是常见的CO₂吸附剂，但是其原料来源以及成本的限制，促使了更多替代物的产生，其中生物炭因其具有孔隙率高、原料来源广泛、绿色可再生的特点被越来越多的用于吸附气体污染物。

生物炭对CO₂吸附过程属于物理化学过程，孔隙结构及含氮官能团被大量文献证明是影响CO₂吸附效果的关键因素。因此许多文献针对于生物炭改性方式进行研究。

CN104525110公开了一种富氮活性生物质焦炭及其制备方法，主要是通过水蒸气、氨气活化的方式，同时提高生物炭的孔隙结构和含氮官能团，然而，氨气这种有毒气体的加入使其无法大规模应用，而且改性后的生物炭比表面积并不是很高(268.74m²/g以及358.06m²/g)，含氮量也较低(3.4％以及2.89％)。Zhang等人(Sustainable andhierarchical porous Enteromorpha prolifera based carbon for CO₂ capture,Journal of Hazardous Materials,2012)以浒苔为原料制备出氮含量为2.6wt％、比表面积为418m²/g的活性生物焦用于二氧化碳吸附，然而其比表面积与含氮量依然相对较低。

金属有机骨架(Metal Organic Frameworks,MOFs)是近些年发展迅速的一种通过自组装形式配位的多孔材料，它不同于传统炭材料，有较高的比表面积、孔道的可调控性、丰富的官能团及其可选择性，因此被广泛应用于气体吸附中。但是其硬度不足、分子间吸附保留力不足等缺点也限制了其吸附应用范围。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种生物炭基富氮复合材料、其制备和应用，其通过将热解生物炭与金属有骨架材料的前驱体溶液混合，使得金属有机骨架材料在生物炭表面原位合成，获得一种生物炭基富氮复合材料，以提高其二氧化碳吸附效果，由此解决现有技术二氧化碳吸附材料的比表面积与含氮量低、对二氧化碳吸附效果不佳，用于气体吸附的金属有机骨架硬度不足、分子间吸附保留力不足等的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种生物炭基富氮复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物质进行热解反应，得到生物炭；

(2)将金属有机骨架材料前驱体溶液与步骤(1)获得的生物炭混合，得到混合液；所述金属有机骨架材料前驱体溶液包括金属盐溶于溶剂中获得的金属盐溶液以及有机配体溶于溶剂中获得的有机配体溶液，且所述有机配体中含有氮元素；