[发明专利]一种氮掺杂多孔空心碳球二氧化碳吸附材料及其制备方法与应用

说明书

一种氮掺杂多孔空心碳球二氧化碳吸附材料及其制备方法和应用，将SiO₂球花加入到去离子水、无水乙醇和氨水的混合液中，超声振荡至SiO₂球花完全分散；然后加入盐酸多巴胺水溶液，室温搅拌均匀，过滤、洗涤后烘干，然后在于N₂气氛下，在700～900℃下处理2～4h，得到纳米复合球，最后将纳米复合球在氢氟酸中浸蚀除去SiO₂球花，过滤、洗涤至，烘干，得到氮掺杂多孔空心碳球CO₂吸附材料；吸附材料为多孔空心纳米碳球，多孔空心纳米碳球粒径为400nm左右、均一、规整，具有高氮含量、高分散规则形貌、高吸附性能、高比表面积、高孔容，其表面含丰富氨基活性位，可用于工业CO₂的高效吸附。

技术领域

本发明涉及一种CO₂吸附材料，具体涉及一种氮掺杂多孔空心碳球二氧化碳附材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业蓬勃发展，全球大气CO₂浓度逐年升高，CO₂是致温室效应的主要组分。温室效应导致全球气候变暖、冰川融化、海平面上升、病虫害等一系列环境问题。CO₂浓度升高引起的环境问题已经得到全球研究者的广泛关注，CO₂捕捉和储存技术(CCS)是其减控的有效途径之一。

多孔碳基材料包括碳纳米管、碳分子筛、有序介孔碳等，有序介孔碳是孔径介于2-50nm的多孔碳材料，其微观形貌有球状、棒状、正方体状、玫瑰花状、蒲公英状等，具有发达的孔隙、巨大的比表面积和孔容、规则的孔结构、低比重、良好的热稳定性和化学稳定性、优良的吸附性能等，能使CO₂在其孔隙内吸附和储存而自身的物理化学性质保持稳定。氮掺杂多孔碳材料是当前的研究热点。近期研究显示，氮掺杂多孔碳球中氮元素的引入能显著提高材料表面的极性、导电性、表面碱性等。多数情况下，碳材料中引入氮元素需不同后处理工序，如氨气高温活化等，但后处理过程引入的氮含量低。为了克服上述不足，氮掺杂材料以三聚氰胺、乙二胺、聚苯胺、N-N二甲基甲酰胺、对苯二胺等为碳材料合成前驱体来获得高的氮含量。

但是采用上述原料时，氮难引入和引入量低；并且CO₂吸附容量低，虽然通过氨基改性多孔碳材料能在一定程度上提高CO₂吸附容量，但改性后的材料循环利用率低。一般活性炭工业CO₂吸附容量在25℃1bar下为2.0mmolg^-1。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种氮掺杂多孔空心碳球二氧化碳吸附材料及其制备方法与应用，制备出来的多孔空心碳球(直径约400nm)具有均一、规则、分散的微观形貌和极高的CO₂吸附容量。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种氮掺杂多孔空心碳球二氧化碳吸附材料的制备方法，将SiO₂球花加入到去离子水、无水乙醇和氨水的混合液中，超声振荡至SiO₂球花完全分散；然后加入盐酸多巴胺水溶液，室温搅拌均匀，过滤、洗涤后烘干，然后在于N₂气氛下，在700～900℃下处理2～4h，得到纳米复合球，最后将纳米复合球在氢氟酸中浸蚀除去SiO₂球花，过滤、洗涤至，烘干，得到氮掺杂多孔空心碳球CO₂吸附材料；其中，SiO₂球花与去离子水、无水乙醇和氨水的混合液的比为0.1～0.2g：40mL；SiO₂球花与盐酸多巴胺的质量比为1:1。

本发明进一步的改进在于，盐酸多巴胺水溶液的浓度为0.05gmL^-1。

本发明进一步的改进在于，氨水的质量浓度为25～28％。

本发明进一步的改进在于，去离子水、无水乙醇和浓氨水的体积比为40:15:1。