[发明专利]一种高效固体吸附法碳捕集材料的制备方法

说明书

本发明涉及碳捕集领域，特别是一种高效固体吸附法碳捕集材料的制备方法，具体表现为：以茄子为碳前体，使用一步煅烧法得到具有磷元素掺杂、不需进一步活化的生物质炭。同时，我们使用了以工业含硫废液浸泡和等离子体处理的手段，在改善生物质炭形貌的同时进一步提高其元素掺杂程度，二者发挥协同作用，共同提高生物质炭在二氧化碳捕获能力。

技术领域

本发明涉及碳捕集领域，特别是一种高效固体吸附法碳捕集材料的制备方法。

背景技术

自20世纪中叶以来，地球变暖受到了世界各国的极大关注。专家认为，全球平均气温上升的主要原因是由温室气体浓度的增加而引起的。主要的温室气体包括水蒸气(H₂O)、二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)等，其中CO₂所产生的温室效应最大，约占总增温效应的63％，在大气中的留存期可长达200年，是造成温室效应的主要原因。大气中的CO₂浓度从工业时代1750年的约277ppm增加到2016年的403ppm。并且预计在2035年会增加到550ppm。CO₂排放的主要人为来源是煤、石油和天然气等化石燃料的燃烧。其中，燃料电厂的废气排放是最大源头。随着全球人口的增长和工业的发展，能源需求持续增加，CO₂的排放在未来也将继续增加。为了能更好的可持续发展，迫切需要减少或消除各种工业过程的CO₂排放，以减少其对气候变化的影响。最理想的解决CO₂排放的方法是开发新的清洁替代能源，如太阳能。但开发新能源耗时长，有待长期发展。在替代能源广泛成熟地应用于工业化之前，CO₂捕集与封存技术是控制和减少CO₂排放最有效的手段。因此，全球主要能源研究机构和众多国家已经将CO₂捕集与封存作为减缓全球气候变暖问题最主要和有效的技术。

对于现有的燃料电厂来说，燃烧前捕集和富氧燃烧捕集都需要对已有设备进行大规模改造，需要大量成本。相较而言，燃烧后捕集技术原理简单，可直接在烟道气尾部加上捕集装置，出了故障容易修理和替换，操作灵活性大，对现有电厂的改造要求最低。因此，燃烧后捕集技术的适应性较广，被认为是最可行的方法。目前，捕集二氧化碳的方法主要有液体吸收、固体吸附和膜分离等。其中，活性炭吸附是固体吸附的一种有效方式。成功使用活性炭进行二氧化碳吸附的关键在于如何开发一种低成本、可再生、在环境温度压力下有高二氧化碳选择性和高吸附能力的吸附剂。采用生物质原材料制备的生物质活性炭具有制备材料来源广泛、价格相对便宜、易再生等优点，同时还具有炭材料耐高温、耐腐蚀、导电和传热性好、化学稳定性高等一系列优点而受到关注。但是，在生物质活性炭在制备的过程中，不可避免地需要使用碱性溶液如草酸钾、氢氧化钾等进行活化处理，这使得材料的制备过程存在一定程度的繁琐，对环境也不友好。为了进一步提高活性炭的CO₂捕集能力，使用的元素掺杂手段也是十分复杂，需要利用高温条件进行，不利于材料的经济实用性。

基于此，本发明以茄子为碳前体，使用一步煅烧法得到具有磷元素掺杂、不需进一步活化的生物质炭。同时，我们使用了以工业含硫废液浸泡和等离子体处理的手段，在改善生物质炭形貌的同时进一步提高其元素掺杂程度，二者发挥协同作用，共同提高生物质炭在二氧化碳捕获能力。

发明内容

为于克服现有技术的不足，本发明的目的是提供本发明的目的是提供一种高效固体吸附法碳捕集材料的制备方法，以解决上述技术背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方法来实现：

S1、将茄子切成大小均一的小块，放置于冷冻干燥机内，温度设置为零下20-40℃，时间设置为5-15h，取一定量的经过冷冻干燥处理后的茄子在立式管炉中碳化，以一定的升温速度加热到300-500℃，在一定的氮气流量下维持1-4h，碳化后取出样品，并在玛瑙研钵中研磨均匀，得到生物质炭。