[发明专利]一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于多孔碳材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：将生物质材料进行碳化，得到碳源；将所述碳源和4‑氨基苯甲酸钾水溶液混合后依次进行干燥和在保护气氛下煅烧，得到所述氮掺杂多孔碳材料。本发明以4‑氨基苯甲酸钾作为制备氮掺杂多孔碳材料的氮源和活化剂，在活化过程中同步完成氮掺杂，经过一步煅烧即可制备得到氮掺杂多孔碳材料，制得的氮掺杂多孔碳材料具有较高的比表面积和氮含量，具有优异的COsubgt;2/subgt;吸附性能，对COsubgt;2/subgt;的吸附量高。

技术领域

本发明属于多孔碳材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

氮掺杂多孔碳材料在能源、环境、催化、吸附等领域都有着广泛的应用研究。氮掺杂多孔碳材料作为CO₂吸附剂，其中的碱性含氮基团与微孔都会影响CO₂的吸附。

氮掺杂多孔碳材料的制备主要需要考虑多孔结构与氮掺杂这两个方面的问题。为了在碳材料中实现氮掺杂，一般有以下两种方法：一是使用本身含有氮元素的有机物作为起始材料；二是在高温下使用氨气等含氮化合物对碳材料进行后处理。另一方面，为了在碳材料中形成发达的多孔结构，化学活化为最常用的方法。化学活化的主要过程是将起始材料进行碳化后作为碳源，将碳源与活化剂均匀混合，再在高温下进行处理。目前，使用最广泛的活化剂为氢氧化钾、磷酸、氯化锌等。这些活化剂具有普适性，但是本身有腐蚀性，在高温下会对仪器设备形成一定程度的腐蚀。

传统的氮掺杂多孔碳材料的制备需要用不同的材料分别作为活化剂和氮源。如中国专利CN110078046A公开了一种氮掺杂多孔碳材料的制备与应用，使用二氧化碳作为物理活化剂，但是活化剂本身并不具备氮掺杂功能，需要额外加入其他物质作为氮源。而且，制得的氮掺杂多孔碳材料存在着对二氧化碳吸附量低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用。本发明制得的氮掺杂多孔碳材料，比表面积大，氮含量高，对二氧化碳吸附量高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

将生物质材料进行碳化，得到碳源；

将所述碳源和4-氨基苯甲酸钾水溶液混合后依次进行干燥和在保护气氛下煅烧，得到所述氮掺杂多孔碳材料。

优选的，所述碳源和4-氨基苯甲酸钾水溶液中的4-氨基苯甲酸钾的质量比为1:1～5。

优选的，所述4-氨基苯甲酸钾水溶液中4-氨基苯甲酸钾与水的质量比为1:5～20。

优选的，所述煅烧的温度为600～900℃，时间为1～2h。

优选的，所述煅烧后还包括将得到的煅烧产物依次进行洗涤和再干燥。

优选的，所述干燥和再干燥的温度独立地为100～120℃，时间独立地为4～6h。

优选的，所述生物质材料包括壳聚糖、纤维素、琼脂、木质素、淀粉、明胶、蔗糖和果糖中的一种或多种。

优选的，所述碳化包括水热碳化或高温碳化；

所述水热碳化的温度为160～220℃，时间为1～6h；

所述高温碳化的温度为400～600℃，时间为1～2h。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的氮掺杂多孔碳材料，所述氮掺杂多孔碳材料的比表面积为400～1600m²/g，氮含量为2～6wt％。