[发明专利]一种碱金属改性多孔碳材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种碱金属改性多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：1)傅‑克烷基化反应合成超交联微孔聚合物；2)超交联微孔聚合物的氧化；3)离子交换引入碱金属离子；4)原位活化。该方法工艺简单，原料价廉易得，制备的钾改性多孔碳材料具有较好的二氧化碳吸附性能。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳材料，特别是涉及一种能够捕集二氧化碳的碱金属改性多孔碳材料及其制备方法。

背景技术

碳基吸附剂因具有丰富的比表面积、良好的稳定性和再生性、温和的操作条件、较低的能耗、不易腐蚀设备和低廉的制备成本等优点倍受研究者关注，被认为是一种具有重要应用潜力的二氧化碳捕集材料。专利CN105597709A公布了以聚苯乙烯树脂(PS)和氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)为前驱体的碳材料制备方法和改性方法。通过金属离子改性，碳材料可在10min内达到二氧化碳吸附饱和，二氧化碳吸附量介于2.5～4mmol/g之间。专利CN105664850A公布了一种复合氧化碳材料和金属离子改性剂的高性能碳材料制备方法。经过高温热处理得到的无机碱-碳材料在25℃、0.15bar压力下对二氧化碳的吸附量最高可达到6wt％。该制备方法简便、易于放大，在烟道气二氧化碳捕集方面具有良好的应用前景。

超交联微孔聚合物除了具有丰富的微孔和比表面积、良好的化学稳定性以及溶剂稳定性以外，还具有优异的热稳定性，高温下的残碳率可达60％以上，因此以超交联微孔聚合物为前驱体制备碳材料是一个不错的选择。但是现有技术中关于超交联微孔聚合物在低压条件下的吸附性能研究不足。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碱金属改性多孔碳材料及其制备方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明第一方面提供一种碱金属改性多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：

1)傅-克烷基化反应合成超交联微孔聚合物：单体和交联剂在催化剂作用下于溶剂中进行反应得到超交联微孔聚合物；所述单体为选自苯、吡咯、甲苯和氯苯中的一种或多种；所述交联剂选自二甲醇缩甲醛、二乙二醇二甲醚和三聚氯氰中的一种或多种；所述溶剂选自二氯甲烷、1,2-二氯乙烷和环氧乙烷中的一种或多种；

2)超交联微孔聚合物的氧化：采用强酸混合溶液对所述超交联微孔聚合物进行氧化得到引入含氧官能团的超交联微孔聚合物；所述强酸混合溶液为浓硝酸和浓硫酸的混合液；

3)离子交换引入碱金属离子：将含碱金属离子的碱溶液与所述引入含氧官能团的超交联微孔聚合物混合得到掺杂碱金属离子的超交联微孔聚合物；

4)原位活化：将掺杂碱金属离子的超交联微孔聚合物在500℃～1000℃下原位活化得到碱金属改性多孔碳材料。

优选地，步骤1)中，所述催化剂为无水三氯化铁。

优选地，步骤1)中，反应在惰性气体保护下进行。

优选地，步骤1)中，反应温度为不超过100℃。更优选地，所述傅-克烷基化反应的反应

温度为60～90℃，如为60℃、70℃、80℃和90℃。

优选地，步骤1)中，反应后对反应产物经过后处理获得所述超交联微孔聚合物，所述后处理包括对反应产生的固体产物洗涤以及干燥。洗涤的目的是为了除去未反应的单体、交联剂或催化剂。

优选地，步骤1)中，反应时间不少于2h。

优选地，步骤1)中，单体与交联剂之间的摩尔比为(0.5～6)：1。

优选地，步骤1)中，相对于单位摩尔的单体，溶剂的用量为1000ml～5000ml。