[发明专利]一种微生物基碳分子筛及其制备方法与应用

说明书

一种微生物基碳分子筛，按如下方法制备得到：将微生物的培养液离心，水洗，得到微生物沉淀，将其与醇水混合液混合，搅拌，离心，洗涤，烘干，得到生物质材料，将其在400～550℃、惰性气氛下煅烧0.5～2h，冷却，研碎，得到一次碳化料，加入粘结剂、水捏合均匀，压制成成型料，置于管式炉中，通入惰性气体进行二次碳化，碳化终温650～1000℃，恒温时间30～180min，之后将温度调至600～850℃，以N₂为载气，同时通入水蒸气进行活化，活化时间为1～4h，之后在惰性气氛下冷却至室温，得到成品，本发明原料来源广泛，制备工艺简单，环境友好，易于工业化，制得的碳分子筛能够有效地用于气体分离。

(一)技术领域

本发明涉及一种微生物基碳分子筛及其制备方法，以及在气体分离中的应用。

(二)背景技术

碳分子筛(Carbon Molecular Sieves，CMS)是在20世纪末期发展起来的一种具有较为均匀微孔结构的碳质吸附材料。因为孔隙结构特殊，CMS对分子尺寸不同的气体有选择性吸附的特点，被广泛运用于PSA法气体分离提纯，催化剂载体等多个方面。现在市场上多数碳分子筛都是以煤碳，果壳以及果核为碳源，产品孔径主要适合用于空气分离制氮或制氧，且产品强度差、重现性差、使用性能受条件限制易波动、筛分性能随使用时间增长严重下降等缺点。

本发明采用小球藻、蓝藻、光合细菌等自然界常见的微生物作为主要碳源，拓展了碳分子筛的原料来源。同时微生物原本的微观结构有助于得到具有特定微孔结构的碳分子筛，有助于扩大现有的应用领域。通过粘结剂的添加和水蒸气的活化，可以显著提高材料的机械强度以及吸附容量。微生物基碳分子筛可以为更优结构更优性能的碳分子筛材料的构建带来希望。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种利用自然界常见的微生物作为主要碳源制得的碳分子筛，本发明原料来源广泛、易得到，易于工业化实施；制备工艺简单，环境友好；制得的碳分子筛能够在室温下有效地吸附分离CO₂/CH₄。

本发明的技术方案如下：

一种微生物基碳分子筛，按如下方法制备得到：

(1)生物质材料预处理：将微生物的培养液离心，水洗，得到微生物沉淀，再将所得微生物沉淀与醇水混合液混合，搅拌12～24h，之后离心，洗涤(先用甲醇离心洗涤2～3次，再用去离子水离心洗涤2～3次)，烘干，得到生物质材料；

所述微生物为小球藻、光合细菌或蓝藻；

所述醇水混合液为甲醇与去离子水体积比2～4：1的混合液；

所述醇水混合液的体积用量以所述微生物沉淀的质量计为10～25mL/g；

(2)一次碳化：将步骤(1)所得生物质材料在400～550℃、惰性气氛下煅烧0.5～2h，冷却至室温(20～30℃)，研碎(至100目以下)，得到一次碳化料，在所得一次碳化料中加入粘结剂、水捏合均匀，置于模具中压制成成型料，室温自然晾干待用；

所述一次碳化料、粘结剂、水的质量比为60～80：10～40：0～10，优选65～75：15～25：10；

所述粘结剂选自酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉、醋酸纤维素、磺酸木质素、腐殖酸或羟甲基纤维素；

(3)二次碳化：将步骤(2)准备好的成型料置于管式炉中，通入惰性气体进行二次碳化，升温速度5～10℃/min，碳化终温650～1000℃，碳化恒温时间30～180min；

(4)活化：在步骤(3)之后，将温度调至600～850℃，以N₂为载气，同时通入水蒸气进行活化，活化时间为1～4h，之后在惰性气氛下冷却至室温，得到微生物基碳分子筛；