一种氮掺杂的多孔碳材料及其制备方法和用途.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105854801A(43)申请公布日2016.08.17(21)申请号201610304536.1(22)申请日2016.05.10(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人何劲松戴江栋谢阿田田苏君常忠帅闫永胜(51)Int.Cl.B01J20/20(2006.01)B01J20/28(2006.01)B01J20/30(2006.01)B01D53/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种氮掺杂的多孔碳材料及其制备方法和用途(57)摘要本发明提供了一种氮掺杂的多孔碳材料及其制备方法和用途，步骤如下：称取乙二胺四乙酸金属盐放于镍坩埚，置于高温石英管式炉中，在惰性气流保护下，进行高温热解，经过热解后得到黑色的复合碳材料，将所述复合碳材料浸没于酸溶液中搅拌，然后洗涤至中性，真空干燥，即得到氮掺杂的多孔碳材料。该方法制备的材料具有极好的CO2吸附性能，稳定性强，有潜力成为商用的吸附剂。CN105854801ACN105854801A权利要求书1/1页1.一种氮掺杂的多孔碳材料，其特征在于，所述氮掺杂的多孔碳材料为表面粗糙的块状结构，比表面积为2916.64m2/g，孔体积为1.627cm3/g，平均孔直径为1.68nm；所述氮掺杂的多孔碳材料中，氮的质量分数为2.58％；在273K下，将所述氮掺杂的多孔碳材料用于CO2吸附，吸附量达到了5.79mmol/g。2.一种氮掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：称取乙二胺四乙酸金属盐放于镍坩埚，置于高温石英管式炉中，在惰性气流保护下，进行高温热解，经过热解后得到黑色的复合碳材料，将所述复合碳材料浸没于酸溶液中搅拌，然后洗涤至中性，真空干燥，即得到氮掺杂的多孔碳材料。3.根据权利要求2所述的一种氮掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述乙二胺四乙酸金属盐为乙二胺四乙酸二钾盐、乙二胺四乙酸三钾盐、乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸四钠盐的一种。4.根据权利要求2所述的一种氮掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述的惰性气流为N2，Ar的一种；流速为20～100mL/min。5.根据权利要求2所述的一种氮掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述的高温热解的升温速率为3～8℃/min，温度为650～900℃；保持时间为0.5～3h。6.根据权利要求2所述的一种氮掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述的稀酸为HCl，HNO3的一种，体积分数为3～10％，所述搅拌时间为0.5～2h。7.根据权利要求2所述的一种氮掺杂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述的真空干燥温度为60～110℃，时间为6～24h。8.权利要求2～7任意一项所述的氮掺杂的多孔碳材料的制备方法制备的氮掺杂的多孔碳材料的用途，其特征在于，所述氮掺杂的多孔碳材料用于吸附CO2。2CN105854801A说明书1/3页一种氮掺杂的多孔碳材料及其制备方法和用途技术领域[0001]本发明属于多孔碳材料制备领域，具体涉及一种氮掺杂的多孔碳材料及其制备方法和用途。背景技术[0002]人类对化石燃料的过度依赖导致了CO2为主的温室气体的大量排放，并引起全球变暖、海平面上升、冰川融化及雪线上升等一系列环境和生态问题，已经开始对人类社会的农业、能源、政治等领域。因此，发展高效可行、成本低廉的CO2捕捉材料及技术具有重大意义。[0003]目前，CO2分离捕捉方法主要有溶剂吸收法、膜分离法、低温分离法及吸附法。这些方法中吸附法由于其具有工艺简单、能耗较少、腐蚀性低等优点是在工业中最具有大规模应用的潜力的材料。目前，用于CO2吸附的材料主要有沸石分子筛、黏土、碳质吸附剂。多孔碳材料具有比表面积大、孔结构发达、表面易改性、制备简单以及成本低廉等优点，是一种非常优秀的吸附剂材料，在催化、分离、能源储存等其他领域也具有极大的应用前景。它对CO2的吸附可以分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在微孔中，当孔径分布在0.5～1.7nm范围内时较利于CO2的吸附，比表面积和孔容积是衡量物理吸附量的指标。化学吸附发生在活性炭的表面，活性炭表面的官能团能与被吸附的物质发生化学反应从而产生化学吸附作用。[0004]多孔碳材料的制备工艺主要有直接碳化法和活化法，后者得到的多孔碳具有更好的孔性结构，活化方法主要分为物理活化和化学活化，尤其以KOH的活化效果最好。但是，活化存在一些弊端，对操作过程提出较高的要求，如果处理不当反而容易对环境造成更大的危害。[0005]综上所述，制备CO2高性能吸附多孔碳材料主要考虑形貌控制和杂原子掺杂，而目前的方法多是通过多步合成，其操作较为复杂，不适宜工业化大规模