一种用于CO2吸附的生物质多孔碳及其制备方法

本发明涉及含氮活性炭制备，尤其涉及一种用于co2吸附的生物质多孔碳及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业革命和建筑技术的发展，化石原料燃烧带来以co2为主的大量有害气体。二氧化碳是温室气体的主要成分，对环境造成一系列危害。例如，它会导致全球气温升高、冰川融化、海平面上升和农业减产。因此，迫切需要制定有效的战略来减少二氧化碳的排放。二氧化碳捕集与封存(ccs)被认为是减少二氧化碳排放的有效解决方案。目前，胺洗涤、膜分离法、离子液体吸收法是碳捕集与封存的常用方法。与这些方法相比，固体吸附剂具有低污染、低能耗、易操作、无腐蚀等优点。

2、全球每年都会产生大量的农业和林业废弃物，对环境构成了重大挑战。处理这些废物的主要方法是焚烧，这不仅会造成环境污染，还会浪费宝贵的资源。莲花作为一种广为人知的水生植物，具有很高的观赏和食用价值，而其莲杆是价值有限的农业剩余物。考虑到莲杆广泛易得且成本低廉的优势，可以将其作为制备活性炭的理想前驱体。

3、专利号为cn106517181a中国发明专利中公开了一种高效吸附co2的生物质基活性炭的制备方法，步骤如下：将粉碎后的花生壳、核桃壳或碧根果壳先采用水热法活化，随后再在n2氛围下碳化，碳化料经0.1mol/l盐酸与蒸馏水反复洗涤至中性,干燥后得到活性炭。该发明所制备的高比表面积活性炭在室温常压下对co2具有优良的吸附性能与稳定的循环再生吸附性能。但是上述专利的工艺先水热，再碳化，工艺复杂。

4、因此，有必要针对现有技术中的不足进行改进，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种用于co2吸附的生物质多孔碳及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于co2吸附的生物质多孔碳的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、采用稀酸将莲茎浸泡去除杂质，再次采用浓碱将莲茎浸泡去除部分木质素，用水清洗以中和，将处理后的莲杆成粉至150-200目；

4、s2、将莲杆粉末混合在乙醇中，在一定温度下，搅拌分离黄酮类和多酚类化合物，经过滤和浓缩，得到黄酮类和多酚类化合物的浓缩液，以及莲杆残渣；

5、s3、将莲杆残渣与掺氮剂和活化剂按一定的质量比加水混合均匀，在50-70℃的温度下，干燥8-12h；

6、s4、将s3中的产物，在500-900℃的温度下进行碳化；

7、s5、将s4中的产物，依次用1mol/l的盐酸和水洗涤，在浓度为8-15wt％的黄酮类和多酚类化合物的浓缩液下浸泡，在80-90℃的温度下，干燥4-6h，得到用于co2吸附的生物质多孔碳。

8、本发明一个较佳实施例中，在所述s1的步骤中，所述稀酸为浓度5-8wt％的盐酸，所述浓碱为浓度5-8wt％的氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。

9、本发明一个较佳实施例中，在所述s1的步骤中，所述浸泡为在40-50℃的温度下，处理1-2h。

10、本发明一个较佳实施例中，在所述s2的步骤中，在60-80℃的温度下，搅拌1-2h。

11、本发明一个较佳实施例中，在所述s3的步骤中，所述掺氮剂为壳聚糖，所述活化剂为草酸钾。

12、本发明一个较佳实施例中，所述莲杆粉末与所述壳聚糖和所述草酸钾的质量比为1:0-2:0-3。

13、本发明一个较佳实施例中，在所述s4的步骤中，所述碳化是在氮气环境中进行，升温速率为2-8℃/min，所述碳化时间为0.5-3h。

14、本发明一个较佳实施例中，在所述s5的步骤中，所述浸泡为在40-60℃的温度下，处理2-5h。

15、本发明提供一种用于co2吸附的生物质多孔碳，所述用于co2吸附的生物质多孔碳由前述的制备方法制备获得。

16、本发明一个较佳实施例中，所述用于co2吸附的生物质多孔碳的比表面积为429-2630m2/g，co2吸附量为2.23-4.59mmol/g。

17、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

18、(1)本发明提供了一种用于co2吸附的生物质多孔碳及其制备方法，通过采用一定的质量比的莲杆粉末与掺氮剂和活化剂作为原料，壳聚糖作为掺氮剂，使其引入氮元素增加活性炭表面的碱性位点，其中的碱性位点利于co2的吸附，草酸钾作为活化剂，能够促进莲杆粉末在碳化过程中的造孔和活化，增加活性炭的孔结构，进而提供更多的吸附位点，莲杆粉末、掺氮剂和活化剂三者产生的协同作用，可以共同促进了活性炭的孔结构发展和表面性质的优化，从而使其具有优异的co2吸附量。

19、(2)本发明中通过将莲杆成粉至150-200目，较细的莲杆粉末具有更大的比表面积，在碳化过程中可以形成更多的微孔和中孔，为活性炭的吸附提供更多的活性位点，同时壳聚糖在碳化过程中可以引入含氮官能团到活性炭的表面，不仅增加了活性炭表面的极性，还提供了额外的吸附位点，其中莲杆粉末过细，会导致碳化过程中孔结构的坍塌或堵塞，且壳聚糖的比例过高，也会占据过多的孔道，降低活性炭的比表面积和吸附性能，通过适宜的莲杆粉末目数和壳聚糖的比例，能够使本发明的生物质多孔碳具有高比表面积、丰富孔结构和具有对co2优异的吸附性能。

20、(3)本发明中先依次利用稀酸和浓碱对莲茎进行浸泡处理，通过稀酸可以有效地溶解和去除莲茎中的无机盐类和矿物质，有助于减少最终多孔碳中的灰分含量，提高碳的纯度，同时可以一定程度上保护纤维素，避免其在后续处理中过度降解，再次通过浓碱可以与莲茎中的木质素反应，使木质素发生水解、降解或溶胀进而使莲茎结构变得更为松散，从而有助于在后续的碳化过程中形成更为丰富的孔结构，提高多孔碳的比表面积和孔容。

21、(4)本发明中通过将提取的黄酮类和多酚类化合物的浓缩液，与碳化洗涤后的产物进行浸泡处理，由于黄酮类和多酚类化合物含有多个-oh、c＝o等官能团，使其可以与co2分子之间形成氢键或范德华力相互作用，进而增加对co2的吸附能力，并由于这些化合物的存在可以改变活性炭材料表面的极性，从而在活性炭材料中引入这些化合物，相当于在碳骨架上增加了额外的吸附位点。

22、(5)本发明中以天然生物质材料莲茎作为原料，莲茎本身富有-oh、-cooh、-ar-oh等官能团，-oh极性官能团可以与极性分子形成氢键，-cooh酸性官能团通过离子交换或形成化学键的方式吸附金属离子或其他极性分子，-ar-oh极性官能团可以与吸附质形成氢键，进而增强吸附效果，制备成的活性炭材料含有更多的表面含氧官能团具有更优异的吸附性能，同时莲茎作为一种可再生资源，具有来源广泛、价格低廉的优势，不仅可以实现资源的有效利用，还可以降低生产成本，具有环保和经济效益。

技术特征：

1.一种用于co2吸附的生物质多孔碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于co2吸附的生物质多孔碳的制备方法，其特征在于：在所述s1的步骤中，所述稀酸为浓度5-8wt％的盐酸，所述浓碱为浓度5-8wt％的氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于co2吸附的生物质多孔碳的制备方法，其特征在于：在所述s1的步骤中，所述浸泡为在40-50℃的温度下，处理1-2h。

4.根据权利要求1所述的一种用于co2吸附的生物质多孔碳的制备方法，其特征在于：在所述s2的步骤中，在60-80℃的温度下，搅拌1-2h。

5.根据权利要求1所述的一种用于co2吸附的生物质多孔碳的制备方法，其特征在于：在所述s3的步骤中，所述掺氮剂为壳聚糖，所述活化剂为草酸钾。

6.根据权利要求5所述的一种用于co2吸附的生物质多孔碳的制备方法，其特征在于：所述莲杆粉末与所述壳聚糖和所述草酸钾的质量比为1:0-2:0-3。

7.根据权利要求1所述的一种用于co2吸附的生物质多孔碳的制备方法，其特征在于：在所述s4的步骤中，所述碳化是在氮气环境中进行，升温速率为2-8℃/min，所述碳化时间为0.5-3h。

8.根据权利要求1所述的一种用于co2吸附的生物质多孔碳的制备方法，其特征在于：在所述s5的步骤中，所述浸泡为在40-60℃的温度下，处理2-5h。

9.一种用于co2吸附的生物质多孔碳，其特征在于：所述用于co2吸附的生物质多孔碳由权利要求1-8中任一项所述的制备方法获得。

10.根据权利要求9所述的一种用于co2吸附的生物质多孔碳，其特征在于：所述用于co2吸附的生物质多孔碳的比表面积为429-2630m2/g，co2吸附量为2.23-4.59mmol/g。

技术总结本发明公开了一种用于CO<subgt;2</subgt;吸附的生物质多孔碳的制备方法，包括以下步骤：S1、采用稀酸将莲茎浸泡去除杂质，再次采用浓碱将莲茎浸泡去除部分木质素，用水清洗以中和，将处理后的莲杆成粉至150‑200目；S2、将莲杆粉末混合在乙醇中，在一定温度下；采用一定的质量比的莲杆粉末与掺氮剂和活化剂作为原料，壳聚糖作为掺氮剂，引入氮元素增加活性炭表面的碱性位点，其中的碱性位点利于CO<subgt;2</subgt;的吸附，草酸钾作为活化剂，能够促进莲杆粉末在碳化过程中的造孔和活化，增加活性炭的孔结构，提供更多的吸附位点，莲杆粉末、掺氮剂和活化剂三者产生的协同作用，共同促进了活性炭的孔结构发展和表面性质的优化，从而使其具有优异的CO<subgt;2</subgt;吸附量。技术研发人员：郭荣辉,陈思魁,刘黎受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13