[发明专利]一种高效吸附二氧化碳的生物炭的制备方法

说明书

本发明公开了一种高效吸附二氧化碳的生物炭的制备方法，其制备方法包括制备金属有机框架UTSA‑16；将回收得到的甘蔗渣浸泡在质量分数为12～20％的碱性溶液中，然后过滤并用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中干燥，然后放置在管式炉当中在惰性气体氛围下，对甘蔗渣进行热解，冷却后用去离子水进行清洗，然后烘干，得到生物炭；将生物炭和UTS‑16加入到去离子水当中超声分散，然后移至高压反应釜中放置烘箱中保温，过滤，在85℃下烘干得到该吸附剂。本发明所制备的吸附剂具有较高的比表面积以及二氧化碳吸附量，该吸附剂可用于实际二氧化碳吸附。

技术领域

本发明属于温室气体吸附领域，具体涉及一种高效吸附二氧化碳的生物炭的制备方法。

背景技术

全球气候变暖是重要的环境问题，其中CO₂被认为是造成全球变暖的重要因素。目前我国能源仍以化石燃料为主，因此控制碳排放是亟需解决的问题。生物炭材料因来源广泛、价格便宜、易于再生、拥有较大比表面积等优点而受到关注。但由于生物炭本身孔结构无序、不规则，缺乏有效的官能团，所以其比表面积和表面吸附位点非常有限，吸附性能和吸附稳定性受到极大的限制，难以满足较高的应用要求。

当前技术对生物炭修饰改性的方法主要通过对生物炭的表面进行强酸刻蚀，表面接枝改性，金属离子负载等方式实现。但是以上方法均需用到强酸、强碱等化学危险品，操作危险同时易于产生二次污染。金属有机框架材料虽然具有高比表面积，高孔隙率，结构多样性等众多优点，并且在吸附二氧化碳方面表现出优异的性能，但是其合成产量小，因此不能进行大规模应用。

发明内容

基于上述问题，本发明提出一种采用金属有机框架材料修饰生物炭的吸附剂的制备方法应用于二氧化碳吸附。本发明的目的是提供一种高效吸附二氧化碳的生物炭的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

S1：制备金属有机框架UTSA-16。

S2：将回收得到的甘蔗渣浸泡在质量分数为12～20％的碱性溶液中8～15h，然后过滤并用去离子水洗涤至中性，放入烘箱中在80℃下干燥，然后放置在管式炉当中在惰性气体氛围下，以升温速率2℃/min升至800～1000℃对甘蔗渣进行热解，冷却后用去离子水进行清洗，然后在70℃下烘干，得到生物炭前体。

S3：将生物炭前体和UTSA-16加入到去离子水当中超声分散1～2h，然后移至高压反应釜中放置烘箱中在150～180℃保温6～10h，过滤，在85℃下烘干得到该生物炭。

作为优选方案，上述所述的金属有机框架UTSA-16的制备包括以下步骤：

1)将四水合乙酸钴、一水合柠檬酸和氢氧化钾加入到去离子水当中，搅拌使其充分溶解，将其移入高压反应釜中，得到紫色溶液。

2)在高压反应釜中的紫色溶液中加入无水乙醇溶液，放置烘箱中，温度升至720℃，然后保持24～48h，然后以速率为0.4℃/min将至室温，得到金属有机框架UTSA-16。

作为更优选方案，上述所述其中四水合乙酸钴、一水合柠檬酸、氢氧化钾摩尔比为1:1～3:2～4。

作为更优选方案，上述所述的去离子水和无水乙醇的体积比为1～1.2:1。

作为优选方案，上述所述步骤S2中碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的任意一种。

作为优选方案，上述所述步骤S2中惰性气体为氮气、氦气或氩气中的任意一种。

作为优选方案，上述所述步骤S3中生物炭前体和UTSA-16的质量比为1:0.01～0.015。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明中采用甘蔗渣作为生物炭为制备原料，甘蔗渣的纤维孔道结构为CO₂捕集提供了天然的孔道结构，利于CO₂分子的扩散和捕集。