[发明专利]一种吸附CO2的碳材料的制备与改性方法

说明书

本发明提供一种吸附CO₂的碳材料的制备与改性方法，包括以下步骤：将茶叶浸泡于水中一段时间，移除水后得到茶叶渣。将茶叶渣晾干后置于小坩埚中，并将小坩埚置于马弗炉中，升温将茶叶渣碳化后，降温至室温，得到碳材料。本发明还提供了将所制备的碳材料进行金属离子改性的方法。本发明所制备的碳材料在较低浓度CO₂环境中具有较大的吸附量，并且制备方法简单，成本较低，具有较好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种在较低温度、较低CO₂浓度环境中具有高效CO₂吸附性能的碳材料的制备与改性方法。

背景技术

近年来，全球工业化进程加快，CO₂排放量急剧增大，大气中二氧化碳(CO₂)浓度迅速增加，导致温室效应加剧。因此CO₂捕获已成为各国关注焦点。CO₂捕获技术中，CO₂吸附具有吸附量较大、吸附速率较快、腐蚀性较小等优点而受到广泛关注。

吸附剂制备是CO₂吸附技术的核心。CO₂吸附剂中，碳材料因具有较大的CO₂吸附量，吸附速率较快，吸-脱附温度较低，能耗较小，价格低廉、不易腐蚀设备等特点而备受关注。利用金属离子对其进行改性后，可以提高材料的CO₂吸附性能。气体分子与固体吸附剂接触时，可进入碳材料孔道内，也可与材料表面金属离子形成较强的静电作用，从而达到高效吸附CO₂的目的。

改性碳材料的吸附性能与碳材料性质、改性物质的种类及两者质量等因素有关。不同的碳材料具有不同的孔结构，因此具有不同的CO₂吸附性能。利用金属离子对碳材料改性后，气体分子既可物理堆积于碳材料表面，又可与金属离子形成较强的静电作用，使CO₂分子更容易吸附于材料表面。若金属离子中具有Lewis酸位，还可与CO₂分子成键，提高CO₂吸附性能。除此之外，利用金属离子改性后，碳材料孔结构发生改变。当材料孔径逐渐接近CO₂分子动力学直径时，CO₂吸附量及选择性均增大。因此可以利用不同碳源制备结构各异的碳材料，并利用金属离子对其进行改性制备具有高效CO₂吸附性能的吸附剂。

发明内容

发明的目的是提供一种吸附CO₂的碳材料的制备与改性方法。

为实现上述目的，本发明提供一种吸附CO₂的碳材料的制备方法，包括下述步骤：

将茶叶置于80℃～100℃水中浸泡0.5h～1h，移除水后得到茶叶渣，将茶叶渣晾干后置于小坩埚中，并将小坩埚置于马弗炉中，以3～5℃·min^-1速率进行升温，待茶叶渣碳化后，以3～5℃·min^-1速率降温至室温，即得到吸附CO₂的碳材料。

上述制备方法中，所述茶叶为安化黑茶茶叶或安化红茶茶叶。

上述制备方法中，所述碳化方法为升温至300℃后保持4h～6h，再升温至400℃保持4h～6h，最后升温至500℃保持4h～6h。

本发明还提供一种对上述制备的吸附CO₂碳材料进行金属离子改性的方法，包括下述步骤：

将金属盐和制备的吸附CO₂的碳材料置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水中搅拌溶解，然后置于100℃～120℃干燥箱中进行水热处理12h～24h，即可制得金属离子改性的碳材料。

上述改性方法中，所述金属盐是ZrOCl₂·8H₂O或ZrO(NO₃)₂。