[发明专利]微孔颗粒炭及其制备方法

说明书

本发明属于环保材料领域，具体涉及一种微孔颗粒炭及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种微孔颗粒炭及其制备方法，包括以下步骤：A、将壳聚糖溶液或聚乙烯醇溶液、水包油乳化剂和有机溶剂乳化得到内相溶液；将油包水乳化剂和有机溶剂混合得到外相溶液；将交联剂和外相溶液混合得到固化浴；B、将内相溶液、外相溶液分别注入到毛细管微流控芯片的注射管、收集管中形成单分散水油乳液，将单分散水油乳液注入固化浴中与交联剂发生交联反应制得颗粒；C、颗粒经洗涤、干燥、炭化得到微孔颗粒炭。本发明方法能够得到微孔颗粒炭，方法简单、易操作、无污染。

技术领域

本发明属于环保材料领域，具体涉及一种微孔颗粒炭及其制备方法。

背景技术

在过去的几十年中，大气中过量的温室气体导致了明显的全球气候变化。在政府气候变化专门委员会(IPCC)的数据中，工业排放的烟气占了燃料产生的全球CO₂排放量的36％。在各种二氧化碳去除技术中，燃烧后捕集对电力行业最为适用。CO₂燃烧后捕集技术包括吸附、膜分离以及吸收等。其中，由于吸附法的操作和再生过程简单且成本低廉，因此应用最为广泛。在众多吸附剂中，多孔炭通常对CO₂吸附热低于25kJ/mol，可以在多个吸附-脱附循环内实现超节能。此外，多孔炭有着良好的CO₂吸附容量，并且具有高化学稳定性和热稳定性。

但大部分多孔炭材料呈细粉状，形态无规则，且尺寸分布范围较宽。这样的材料往往存在传热和传质速率低的劣势，且在吸附过程中存在机械磨损，造成较高的床层压降。将多孔炭材料制备成具有均匀尺寸的球形可以减小表面积与体积之比，同时缓解了上述由于材料形貌尺寸导致的问题。制备碳球(CSs)的方法通常是水热炭化法，通过该方法制备炭球需要高温和高压，并且所产生的球的粒径单分散性差。此外，在水热炭化后通常需要化学活化或物理活化以产生足够的微孔来吸附CO₂。因此，需要一种简便、绿色且精确的方法来制备具有可控尺寸、均匀形态、狭窄尺寸分布和发达孔隙结构的炭球，以增强烟气中的二氧化碳捕集能力。

近年来，微流控技术提供了一种非常有前途且简便的方法。微流控液滴技术具有体积小、样品无扩散、反应条件稳定、样品间交叉污染少以及混合迅速等优点，可在连续系统中生产具有可调的孔结构和灵巧功能的微球。CN201510140330.5公开了一种具有微米/纳米分级式孔的微颗粒，该微颗粒通过微流控系统进行成型、造孔，具有均一的尺寸。但由于该微球的造孔机理源于前驱体的自身所带较大孔隙，且没有经过炭化等进一步缩孔步骤，所述微米级孔的孔径为20～500μm，纳米级孔的孔径为5～1000nm，不适用于气体分子的吸附。CN201811240572.1公开了一种高比表面积的壳聚糖微球的制备方法，通过固化浴中酒精的含量来调节微球的比表面积，但该发明未公开微球的孔隙结构信息，并通过扫描电镜图未能观察到微孔结构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种微孔结构颗粒炭及微流控制备方法。该方法所得颗粒炭的微孔结构来源于高速均质乳化后壳聚糖溶液或聚乙烯醇溶液与水包油乳化剂形成的胶束稳定包裹纳米有机液滴。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种制备微孔颗粒炭的方法。该方法包括以下步骤：

A、将壳聚糖溶液或聚乙烯醇溶液、水包油乳化剂和有机溶剂乳化得到内相溶液；将油包水乳化剂和有机溶剂混合得到外相溶液；将交联剂和外相溶液混合得到固化浴；

B、将内相溶液、外相溶液分别注入到毛细管微流控芯片的注射管、收集管中形成单分散水油乳液，将单分散水油乳液注入固化浴中与交联剂发生交联反应制得颗粒；

C、颗粒经洗涤、干燥、炭化得到微孔颗粒炭。

具体的，上述制备微孔颗粒炭的方法步骤A中，所述壳聚糖溶液由壳聚糖加入含有醋酸的水中溶解形成。

进一步的，上述制备微孔颗粒炭的方法步骤A中，所述醋酸为水与醋酸总体积的1～2％。