的碳材料的制備與改性方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及CO2吸附材料，具體涉及一種能在較低溫度和較低壓力環(huán)境中高效吸附C02的碳材料的制備與改性方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]近年來，工業(yè)廢氣的排放使大氣中二氧化碳(C02)濃度迅速增加，導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇。因此CO2捕集已成為各國關(guān)注焦點(diǎn)。利用固體材料對其進(jìn)行吸附分離具有CO2吸附量較大，循環(huán)吸附性能較好，對設(shè)備腐蝕性較低等特點(diǎn)，因此備受關(guān)注。
[0003]碳材料由于具有較大的CO2吸附量，并且吸附速率較快，吸-脫附溫度較低，能耗較小，不易腐蝕設(shè)備等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。利用金屬離子對其進(jìn)行改性后，可以提高材料的CO2吸附性能。當(dāng)CO2分子到達(dá)材料表面時(shí)，與材料表面形成較強(qiáng)的靜電作用，從而達(dá)到CO2吸附的目的。
[0004]金屬離子改性碳材料的性能與金屬離子種類、金屬離子的量和碳材料的種類等因素有關(guān)。碳材料的種類不同時(shí)，其CO2吸附性能有較大差別。當(dāng)材料表面無金屬離子時(shí)，0)2分子在多孔碳材料表面進(jìn)行物理堆積，發(fā)生物理吸附。利用金屬離子改性后，CO2分子與材料表面金屬離子之間具有較強(qiáng)的靜電作用，使CO2分子更容易與材料接觸并發(fā)生吸附。同時(shí)，由于金屬離子的存在，導(dǎo)致碳材料的孔結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。當(dāng)材料孔徑逐漸接近CO2分子動(dòng)力學(xué)直徑時(shí)，其CO2吸附量增大，并且選擇性增大。因此可以利用不同的碳源在不同的制備方法下制備性能各異的碳材料，并利用金屬離子對其進(jìn)行改性制備具有較好吸附性能的固體吸附劑。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]發(fā)明的目的是提供一種具有尚效CO2吸附性能的碳材料及其改性材料的制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種吸附CO2的碳材料的制備方法，包括下述步驟:
[0007]將聚苯乙烯樹脂PS或氯甲基聚苯乙烯樹脂CMPS放置于小坩禍中，并將小坩禍置于馬弗爐中，升溫將聚苯乙烯樹脂PS或氯甲基聚苯乙烯樹脂CMPS碳化后，降溫至室溫，得到吸附CO2的碳材料。
[0008]上述制備方法中，所述升溫速率為2?6°C.min_1o
[0009]上述制備方法中，所述降溫速率為2?6°C.min_1o
[0010]上述制備方法中，所述升溫速率為2?6°C.min—S所述降溫速率為2?6°C.min-1
O
[0011]上述制備方法中，所述碳化方法為升溫至400°C后保持2?6h，再升溫至500°C保持2?6h，最后升溫至600°C保持2?6h，所述升溫速率為2?6°C.min—1，所述降溫速率為2?6°C.min—、
[0012]本發(fā)明還提供一種對上述制備的吸附CO2的碳材料進(jìn)行金屬離子改性的方法，包括下述步驟:將硝酸鹽和所制備的吸附CO2的碳材料置于聚四氟乙烯內(nèi)襯中，加入去離子水進(jìn)行攪拌溶解，然后置于均相反應(yīng)器中進(jìn)行水熱處理，制得金屬離子改性的吸附CO2的碳材料。
[0013]上述改性方法中，所述硝酸鹽是硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鎂或硝酸鈣。
[0014]上述改性方法中，所述硝酸鹽與吸附CO2的碳材料的質(zhì)量比為[I?3]:1。
[0015]上述改性方法中，所述均相反應(yīng)器進(jìn)行水熱處理時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度為10?30r.min—1。
[0016]上述改性方法中，所述水熱處理的溫度為120?160°C，處理時(shí)間為24?48h。
[0017]根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明所提供的金屬離子改性碳材料，在較低溫度和低壓環(huán)境中，具有CO2吸附容量較大、吸附-脫附溫度較低等特點(diǎn)，該方法解決了常見的CO2低壓吸附量小、脫附溫度較高等不足，有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
[0018]【附圖簡要說明】
[0019]圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例1制得的碳材料對CO2吸附的穿透曲線圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0020]碳材料的制備:
[0021]制備例I
[0022]a.將3g聚苯乙烯樹脂(PS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0023]b.以2°C.π?η—1的升溫速率升溫至400°C，保持2h，然后以相同速率升溫至500°C，保持2h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持2h;
[0024]c.以2°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料PS-C。
[0025]制備例2
[0026]a.將3g聚苯乙烯樹脂(PS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0027]b.以4°C.π?η—1的升溫速率升溫至400°C，保持4h，然后以相同速率升溫至500°C，保持4h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持4h;
[0028]c.以4°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料PS-C。
[0029]制備例3
[0030]a.將3g聚苯乙烯樹脂(PS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0031]b.以6°C.min—1的升溫速率升溫至400°C，保持6h，然后以相同速率升溫至500°C，保持6h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持6h;
[0032]c.以6°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料PS-C。
[0033]制備例4
[0034]a.將3g聚苯乙烯樹脂(PS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0035]b.以2°C.π?η—1的升溫速率升溫至400°C，保持2h，然后以相同速率升溫至500°C，保持4h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持6h;
[0036]c.以2°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料PS-C。
[0037]制備例5
[0038]a.將3g聚苯乙烯樹脂(PS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0039]b.以6°C.min—1的升溫速率升溫至400°C，保持6h，然后以相同速率升溫至500°C，保持4h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持2h;
[0040]c.以6°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料PS-C。
[0041 ] 制備例6
[0042]a.將3g氯甲基聚苯乙烯樹脂(CMPS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0043]b.以2°C.π?η—1的升溫速率升溫至400°C，保持2h，然后以相同速率升溫至500°C，保持2h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持2h;
[0044]c.以2°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料CMPS-C。
[0045]制備例7
[0046]a.將3g氯甲基聚苯乙烯樹脂(CMPS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0047]b.以4°C.π?η—1的升溫速率升溫至400°C，保持4h，然后以相同速率升溫至500°C，保持4h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持4h;
[0048]c.以4°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料CMPS-C。
[0049]制備例8
[0050]a.將3g氯甲基聚苯乙烯樹脂(CMPS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0051 ] b.以6°C.min—1的升溫速率升溫至400°C，保持6h，然后以相同速率升溫至500°C，保持6h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持6h;
[0052]c.以6°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料CMPS-C。
[0053]制備例9
[0054]a.將3g氯甲基聚苯乙烯樹脂(CMPS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0055]b.以2°C.π?η—1的升溫速率升溫至400°C，保持2h，然后以相同速率升溫至500°C，保持4h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持6h;
[0056]c.以2°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料CMPS-C。
[0057]制備例1
[0058]a.將3g氯甲基聚苯乙烯樹脂(CMPS)置于小坩禍中，并將其置于馬弗爐中；
[0059]b.以6°C.min—1的升溫速率升溫至400°C，保持6h，然后以相同速率升溫至500°C，保持4h，最后以相同速率升溫至600 0C，保持2h;
[0060]c.以6°C.min—1的降溫速率降溫至室溫，得到碳材料CMPS-C。
[0061 ] 金屬離子改性碳材料的制備:
[0062]制備例11
[0063]a.分別取制備例I中所制備的PS-C和硝酸鋰，置于聚四氟乙烯內(nèi)襯中，加入去離子水，攪拌溶解。重復(fù)上述操作，得到5份硝酸鋰和PS-C的質(zhì)量比不同的渾濁液。其中，硝酸鋰和PS-C的質(zhì)量比分別為1: 1、I.5:1、2:1、2.5:1和3:1。