[发明专利]一种密胺树脂基氮掺杂介孔碳二氧化碳吸附剂

说明书

本发明公开一种密胺树脂基氮掺杂介孔碳二氧化碳吸附剂的制备方法，属于纳米新材料技术领域。其制备方法包括：将采用PEO‑PPO‑PEO三嵌段共聚物F127和1，3，5‑三甲苯(TMB)制得的混合溶液与三聚氰胺、甲醛以及氢氧化钠溶液反应得到的密胺树脂预聚体溶液进行混合，随后通过滴加盐酸改变pH值制备出粒径可调控的单分散含氮介孔聚合物纳米球。再经离心，洗涤，烘干后在氮气气氛下高温焙烧处理即可制得氮掺杂介孔碳。使用本发明所述的制备方法制备出的氮掺杂介孔碳材料具有较大的比表面积，孔隙率高等优越的性质，在二氧化碳捕集与分离领域表现出良好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米新材料技术领域，具体设计一种密胺树脂基氮掺杂介孔碳二氧化碳吸附剂的制备方法。

背景技术

由温室气体引起的气候变化被认为是我们这个时代对环境造成的最严重的威胁之一。而在温室气体二氧化碳(CO₂)，甲烷(CH₄)，氧化亚氮(N₂O)，氢氟碳化物(HFCs)，六氟化硫(SF₆)和全氟碳化物(PFCs)等六种中，由于CO₂具有寿命年限长且排放量大的特点，是造成温室效应加剧的主要原因。因此，开发高效的CO₂捕获和储存技术对于缓解这一问题是非常迫切的。对于这一问题，理想的吸附剂应具有较高的CO₂吸附能力，对其他气体具有优良的吸附选择性，以及良好的化学和机械稳定性。

目前，多种固体吸附剂已被用于CO₂捕获，其中包括金属-有机框架(MOFs)、沸石、介孔二氧化硅、粘土、多孔碳、多孔有机聚合物(POPs)等(Reddy M,Ponnamma D,SadasivuniK K,et al.Carbon dioxide adsorption based on porous materials[J].RSCAdvances,2021,11(21):12658-12681.)。这些固体多孔材料与二氧化碳分子具有不同的物理化学相互作用。在这些材料中，多孔碳因其比表面积高、吸附热适中、制备成本低、相对容易再生而被广泛应用(Zhang X Q,Li W C,Lu A H.Designed porous carbon materialsfor efficient CO₂adsorption and separation[J].Xinxing Tan Cailiao/New CarbonMaterials,2015,30(6):481-501.)。

经研究表明，碳的氮掺杂使碳材料具有很高的初始等温吸附热。另一方面，也表明碳材料中的氮不是CO₂物理吸附的原因，而是由于它决定了碳材料的碱度(Yanfang,Song,Li,et al.Nitrogen-Doped Ordered Mesoporous Carbon with a High Surface Area,Synthesized through Organic–Inorganic Coassembly,and Its Application inSupercapacitors[J].Chemphyschem,2014.)，从而提高了CO₂的化学吸附能力。

目前氮掺杂介孔碳材料的制备方法有：(1)直接合成法：在碳材料的合成过程中，采用富氮碳前驱体(如三聚氰胺、多巴胺等)，通过聚合，碳化等过程，将N原子直接掺杂到碳材料的骨架或表面上。(2)后处理合成法：利用不同的氮源(如氨气、尿素、硝酸等)热处理制备好的介孔碳材料。(3)化学气相沉积法：利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上发生反应生成固态沉积物。在以上三种合成方法中，后处理合成法需要较高的反应温度，且最常用的氨气后处理法中使用到氨气不仅毒性大，成本也比较高。化学气相沉积法需要在较高的反应温度下进行，制备条件非常苛刻。而原位合成法中的软模板法较之硬模板法制备条件更温和，操作更加简单，成本也比较低，非常具有研究价值(杨晓洁,刘迎新.N掺杂有序介孔碳材料的研究进展[J].浙江化工,2017,48(1):7.)。