的碳材料的制备与改性方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及CO2吸附材料，具体涉及一种能在较低温度和较低压力环境中高效吸附C02的碳材料的制备与改性方法。
【【背景技术】】
[0002]近年来，工业废气的排放使大气中二氧化碳(C02)浓度迅速增加，导致温室效应加剧。因此CO2捕集已成为各国关注焦点。利用固体材料对其进行吸附分离具有CO2吸附量较大，循环吸附性能较好，对设备腐蚀性较低等特点，因此备受关注。
[0003]碳材料由于具有较大的CO2吸附量，并且吸附速率较快，吸-脱附温度较低，能耗较小，不易腐蚀设备等特点而受到广泛关注。利用金属离子对其进行改性后，可以提高材料的CO2吸附性能。当CO2分子到达材料表面时，与材料表面形成较强的静电作用，从而达到CO2吸附的目的。
[0004]金属离子改性碳材料的性能与金属离子种类、金属离子的量和碳材料的种类等因素有关。碳材料的种类不同时，其CO2吸附性能有较大差别。当材料表面无金属离子时，0)2分子在多孔碳材料表面进行物理堆积，发生物理吸附。利用金属离子改性后，CO2分子与材料表面金属离子之间具有较强的静电作用，使CO2分子更容易与材料接触并发生吸附。同时，由于金属离子的存在，导致碳材料的孔结构发生改变。当材料孔径逐渐接近CO2分子动力学直径时，其CO2吸附量增大，并且选择性增大。因此可以利用不同的碳源在不同的制备方法下制备性能各异的碳材料，并利用金属离子对其进行改性制备具有较好吸附性能的固体吸附剂。
【
【发明内容】
】
[0005]发明的目的是提供一种具有尚效CO2吸附性能的碳材料及其改性材料的制备方法。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种吸附CO2的碳材料的制备方法，包括下述步骤:
[0007]将聚苯乙烯树脂PS或氯甲基聚苯乙烯树脂CMPS放置于小坩祸中，并将小坩祸置于马弗炉中，升温将聚苯乙烯树脂PS或氯甲基聚苯乙烯树脂CMPS碳化后，降温至室温，得到吸附CO2的碳材料。
[0008]上述制备方法中，所述升温速率为2?6°C.min_1o
[0009]上述制备方法中，所述降温速率为2?6°C.min_1o
[0010]上述制备方法中，所述升温速率为2?6°C.min—S所述降温速率为2?6°C.min-1
O
[0011]上述制备方法中，所述碳化方法为升温至400°C后保持2?6h，再升温至500°C保持2?6h，最后升温至600°C保持2?6h，所述升温速率为2?6°C.min—1，所述降温速率为2?6°C.min—、
[0012]本发明还提供一种对上述制备的吸附CO2的碳材料进行金属离子改性的方法，包括下述步骤:将硝酸盐和所制备的吸附CO2的碳材料置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水进行搅拌溶解，然后置于均相反应器中进行水热处理，制得金属离子改性的吸附CO2的碳材料。
[0013]上述改性方法中，所述硝酸盐是硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁或硝酸钙。
[0014]上述改性方法中，所述硝酸盐与吸附CO2的碳材料的质量比为[I?3]:1。
[0015]上述改性方法中，所述均相反应器进行水热处理时的旋转速度为10?30r.min—1。
[0016]上述改性方法中，所述水热处理的温度为120?160°C，处理时间为24?48h。
[0017]根据实验结果，本发明所提供的金属离子改性碳材料，在较低温度和低压环境中，具有CO2吸附容量较大、吸附-脱附温度较低等特点，该方法解决了常见的CO2低压吸附量小、脱附温度较高等不足，有良好的工业应用前景。
[0018]【附图简要说明】
[0019]图1所示为本发明实施例1制得的碳材料对CO2吸附的穿透曲线图。
【【具体实施方式】】
[0020]碳材料的制备:
[0021]制备例I
[0022]a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0023]b.以2°C.π?η—1的升温速率升温至400°C，保持2h，然后以相同速率升温至500°C，保持2h，最后以相同速率升温至600 0C，保持2h;
[0024]c.以2°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
[0025]制备例2
[0026]a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0027]b.以4°C.π?η—1的升温速率升温至400°C，保持4h，然后以相同速率升温至500°C，保持4h，最后以相同速率升温至600 0C，保持4h;
[0028]c.以4°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
[0029]制备例3
[0030]a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0031]b.以6°C.min—1的升温速率升温至400°C，保持6h，然后以相同速率升温至500°C，保持6h，最后以相同速率升温至600 0C，保持6h;
[0032]c.以6°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
[0033]制备例4
[0034]a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0035]b.以2°C.π?η—1的升温速率升温至400°C，保持2h，然后以相同速率升温至500°C，保持4h，最后以相同速率升温至600 0C，保持6h;
[0036]c.以2°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
[0037]制备例5
[0038]a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0039]b.以6°C.min—1的升温速率升温至400°C，保持6h，然后以相同速率升温至500°C，保持4h，最后以相同速率升温至600 0C，保持2h;
[0040]c.以6°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
[0041 ] 制备例6
[0042]a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0043]b.以2°C.π?η—1的升温速率升温至400°C，保持2h，然后以相同速率升温至500°C，保持2h，最后以相同速率升温至600 0C，保持2h;
[0044]c.以2°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
[0045]制备例7
[0046]a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0047]b.以4°C.π?η—1的升温速率升温至400°C，保持4h，然后以相同速率升温至500°C，保持4h，最后以相同速率升温至600 0C，保持4h;
[0048]c.以4°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
[0049]制备例8
[0050]a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0051 ] b.以6°C.min—1的升温速率升温至400°C，保持6h，然后以相同速率升温至500°C，保持6h，最后以相同速率升温至600 0C，保持6h;
[0052]c.以6°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
[0053]制备例9
[0054]a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0055]b.以2°C.π?η—1的升温速率升温至400°C，保持2h，然后以相同速率升温至500°C，保持4h，最后以相同速率升温至600 0C，保持6h;
[0056]c.以2°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
[0057]制备例1
[0058]a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩祸中，并将其置于马弗炉中；
[0059]b.以6°C.min—1的升温速率升温至400°C，保持6h，然后以相同速率升温至500°C，保持4h，最后以相同速率升温至600 0C，保持2h;
[0060]c.以6°C.min—1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
[0061 ] 金属离子改性碳材料的制备:
[0062]制备例11
[0063]a.分别取制备例I中所制备的PS-C和硝酸锂，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸锂和PS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸锂和PS-C的质量比分别为1: 1、I.5:1、2:1、2.5:1和3:1。