[发明专利]一种浒苔基新型炭材料的制备方法

说明书

发明领域：

本发明涉及一种浒苔基新型炭材料的制备方法，该方法属于废弃物二次利用领域，主要是通过以浒苔为基础原料，温和条件下制备浒苔基Hydrochar以及通过二次化学活化制备具有等级孔分布的CO₂炭基吸附剂。

技术背景：

随着化石能源的过度开采，能源的需求日益增加，随之而产生的CO₂气体所引发温室效应日益严重。CO₂的过度排放引发全球平均温度上升，冰川融化，海洋酸化等一系列问题。据IPCC第四次评估报道指出，全球CO₂平均浓度已经从工业化前的280ppmv增加到2005年的379ppmv和当前的390ppmv，同时由化石能源燃料燃烧所带来的CO₂排放量已经从1970年21Gt增加到2004年的38Gt。(A.Samanta,et al,Ind.Eng.Chem.Res,2012,51,1438-1463.)。虽然目前可替代能源如风能，氢能，生物能具有明显的优势，但是目前技术仍不是很成熟，21世纪仍是以化石能源为主要能源的时代。哥本哈根会议（2009）以及南非德班会议（2011）都严格要求全球必须有效控制CO₂温室气体的排放。

CO₂的捕捉和封存技术（Carbon Capture and Sequestration）可以有效解决CO₂的排放问题。其中最受人关注的是：固相吸附耦合变温变压以及真空技术。目前被用于CO₂吸附的固体吸附剂主要有PEI负载型吸附剂（PEI/MCM-41，PEI/SBA-15，PEI/SiO₂，等），金属框架材料（MOF），分子筛（Zeolites），高温碱金属或碱土金属复合氧化物以及活性炭。

作为CO₂吸附剂能实现工业化应用必须满足以下几点：（1）高的CO₂吸附容量；（2）具有较好的循环再生使用性能；（3）CO₂吸附剂所对应的工艺条件容易在目前的工业CO₂排放装置上改装。（4）较低的经济成本。在上述所述的CO2吸附剂中，PEI负载型吸附剂虽然具有较高的CO₂吸附量，但是PEI担载型吸附剂制备工艺复杂，需要多步工艺过程，既耗时，而且成本还高。虽然低成本载体的开发，但是PEI负载型吸附剂再生循环性能差，多次循环利用后，会在吸附剂表面形成不容易脱附的尿素化合物，导致吸附性能降低。MOF材料，同样具有较高的CO₂吸附量，但是其操作环境（低温，高压）不适合在工业CO₂排放装置进行改装。高温碱土金属吸附剂需要在高温下才能发生CO₂吸附，同时也需要在高温条件下发生化学脱附，需要的能耗高。

其中活性炭由于具有较大的比表面积，丰富的微孔结构，抗酸碱性能，具有较高的CO₂吸附性能。根据文献报道，N掺杂的高表面积以及发达微孔体系的聚吡咯活性炭最高吸附量可6.2mmol/g（0°C,1bar），同时以石油沥青制备的活性炭最高吸附量高达380mg/g（0°C，1bar）。（M.Sevilla,et al,Adv.Funct.Mater,2011,21,2781-2787.A.Wahby,et al,ChemSusChem,2010,3,974-981.）

从2008年开始，青岛沿海地区浒苔爆发，严重影响了海上交通，给沿海旅游业带来重大经济损失。同时由于浒苔爆发，覆盖沿海海域，影响海底藻类的正常生长，浒苔繁殖周期短，大量浒苔的腐烂，在造成沿海环境恶化的同时，又向大气中释放了大量的CO₂。由于浒苔中含有丰富的纤维素，半纤维素和木质素，因此把浒苔中的炭源固定下来，制备炭材料，既解决了环境污染问题，又解决了浒苔自身的CO₂释放问题，同时还有作为吸附剂降低大量中的CO₂浓度。

发明内容

本发明目的目的就在于避免现有技术飞不足之处而提供了一种解决浒苔的污染问题以及CO₂排放问题，并以浒苔为原料，制备Hydrochar和CO₂炭基吸附剂的方法，简单有效。本发明具体的技术方案如下：

（1）Hydrochar的制备：