[发明专利]一种用于捕集CO2

说明书

本发明涉及一种用于捕集CO₂的富氮炭材料的制备方法，该方法包括：将生物质废弃物豆渣充分研磨，并与蒸馏水按一定质量比混合均匀水热碳化，将所得炭材料水洗干燥后与活化剂KOH混合研磨，置于惰性气氛下高温活化，自然冷却至室温后分别经稀盐酸与蒸馏水洗涤，干燥后得到活性炭。本发明以富氮生物质废弃物为原料，所制备的氮掺杂多孔炭具有高比表面积与良好的孔结构，对CO₂表现出优异的吸附能力，在273K，CO₂分压为1bar时，CO₂的吸附容量达3.3～6.3mmol/g。

技术领域

本发明涉及一种基于生物质废弃物的炭材料的制备方法。具体是一种用于捕集CO₂的富氮炭材料的制备方法。

背景技术

化石燃料的大量燃烧与CO₂的过度排放打破了大自然原有的“碳平衡”，造成了大气中CO₂浓度逐渐升高，进而引发温室效应等一系列问题。因此对CO₂的捕集与储存(CCS)成为关注的焦点。

目前正在大力开发的CO₂捕集技术主要有三种：燃烧前脱碳、燃烧后脱碳和富氧燃烧技术。发电厂产生的烟道气体是工业CO₂的主要来源，燃烧后捕集是最符合目前电厂基础设施的捕集方法，通常在常压或者低压(15％CO₂)下进行。化石燃料燃烧与工业排放的CO₂占人类活动造成CO₂排放量的65％，CO₂从烟道排放中分离出来，并永久封存在地下成为巴黎气候会议气候目标战略的重要组成部分。近年来，研究人员围绕烟道气中CO₂的捕集不断寻找合适的策略和开发新的方法与材料以减少CO₂排放。

液态氨吸收法是最先发展并应用于烟气中CO₂捕集的方法，也是工业上比较成熟的CO₂捕集方法。参见：(a)李雨珂，党成雄，杨光星等.面向二氧化碳捕集的过程强化技术进展.化工进展，2020，39，4919-4939.然而，这种技术的缺点包括：再生过程中大量的能源消耗、挥发性物质对设备的腐蚀、吸附剂降解困难以及产生潜在的有害废弃物。

固体吸附材料来源广泛、易于再生、有较高的温度耐受性且无液体废弃物产生，被认为是替代液态氨用于燃烧后捕集CO₂的有效方法，常见的用于CO₂吸附的固体材料有沸石基材料，胺负载的介孔硅、多孔炭以及MOF材料等。参见：(a)Choi，S.；Drese，J.H.；Jones，C.W.Adsorbent materials for carbon dioxide capture from large anthropogenicpoint sources.ChemSusChem，2009，2，796-854.(b)Pardakhti，M.；Jafari，T.；Tobin，Z.；Dutta，B.；Moharreri，E.；Shemshaki，N.S.；Suib，s.；Srivastava，R.Trends in solidadsorbent materials development for CO₂ capture.ACS Appl.Mater.Interfaces，2019，11，34533-34559.负载胺的沸石与介孔硅基材料虽然有着较大的CO₂吸附容量，但CO₂的解吸与再生需要较高的能量，循环稳定性较差。MOF材料通过裸露的金属位点与负载的胺吸附CO₂，吸附选择性较高，但合成步骤复杂，成本较高。