一种吸附二氧化碳的玉米秸秆基多孔碳材料及其制备方法
【专利说明】一种吸附二氧化碳的玉米秸秆基多孔碳材料及其制备方法
[0001] 【技术领域】:本发明涉及农业废弃物资源化和环境保护领域。具体而言，本发明涉 及一种利用农业废弃物秸杆为原材料来制备能高效地吸附二氧化碳多孔碳材料的制备方 法。 【【背景技术】】：
[0002] 我国是世界上玉米生产与消费的米第二大国，玉米种植面积十分巨大，因而产生 的玉米秸杆量也是十分巨大的。作为一种农业废弃物，玉米秸杆过去一般是进行焚烧处理， 也有研究将玉米秸杆应用于制备颗粒饲料、草粉等。由于玉米秸杆纤维素含量较高、广泛易 得且成本较低，它是制备多孔碳材料的理想前驱体。因此，以玉米秸杆作为前驱体制备多孔 碳材料既可以减少大气污染、又可以开发玉米秸杆的新用途，制备高效的二氧化碳吸附材 料。
[0003]随着21世纪化石燃料使用不断的增加，越来越多的二氧化碳被排放到大气中，随 之引起了许多问题，如全球变暖。全球变暖的主要"元凶"是二氧化碳，是典型的温室气体， 2009年12月的《哥本哈根协议》标志着减少温室气体的排放已经得到全世界人们的关注。二 氧化碳捕获是最有效的二氧化碳减排手段。对于二氧化碳捕获来说，固体吸附剂是一种很 好的选择，制备方法简单、成本低，吸附过程中二氧化碳以固体形式存在，便于储存、运输和 使用。而多孔碳材料是一种比表面积很大、易循环再生的固体吸附剂。目前，针对二氧化碳 吸附的高效多孔碳材料还不多。
[0004] 因此，开发一种二氧化碳吸附的低成本、高效率的多孔碳材料还是很有必要的。 【
【发明内容】
】：
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商 业选择来解决以上技术问题。为此，本发明的一个目的在于提出一种低成本、吸附量高、循 环再生性能优越的高效附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的制备方法。
[0006] 为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备吸附二氧化碳的玉米秸杆基 多孔碳材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0007] 1)将秸杆粉粹，得到秸杆粉末；
[0008] 2)将所述秸杆粉末进行水热处理，得到水热材料；
[0009 ] 3)将所述水热材料与氢氧化钾固体混合；
[0010] 4)将经过混合后的水热材料进行氢氧化钾活化处理，得到所述吸附二氧化碳的秸 杆基碳材料。
[0011] 步骤2)在220-280摄氏度下，将所述秸杆粉末进行水热处理4-24小时。
[0012] 步骤4)活化处理是在氮气气氛中进行的。
[0013] 步骤3)所述氢氧化钾与水热材料的混合质量比为1~4:1。
[0014] 步骤4)所述活化温度为600~900摄氏度，活化时间为1~4小时。
[0015] 所述的吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的制备方法，进一步包括步骤5):
[0016] 5)将所述吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料用去离子水和O.lmol/L的稀盐 酸清洗，以便去除残留的无机物。
[0017] 所述的方法制备得到的吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料，其比表面积为 955-2442m2/g。
[0018] 所述吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料中，总孔容为0.43-1.56cm3/g。
[0019] 所述吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料中，微孔的总体积为0.31-0.86cm3/ g°
[0020] 所述的吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的应用方法，将被吸附样品与所述 的吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料接触，二氧化碳即被吸附到所述的吸附材料。
[0021] 上述方法以农业废弃物为原料，这种原料来源广泛且成本低，由此利用该方法制 备吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料，不仅对生产生活中被认为是废弃物的玉米秸杆 进行回收利用，避免通常对玉米秸杆进行焚烧处理而产生的大气污染，同时降低了制备吸 附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的成本，实现双赢。
[0022]另外，根据本发明制备的吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的方法还可以具 有如下附加的技术特征：
[0023]根据本发明的制备方法，在加热下，将所述玉米秸杆粉末进行水热处理，由此可以 进一步提高制备吸附二氧化碳的玉米秸杆基活性炭的效率，并且能够提高制备得到吸附二 氧化碳的玉米秸杆基活性炭的含氮量。
[0024]因此，该吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料具有较高的比表面积、孔容以及 微孔体积，能够吸附大量的二氧化碳，并且该吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料能够 对零摄氏度、1个大气压条件下的二氧化碳进行吸附。
[0025] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。 【【附图说明】】：
[0026] 图1是根据本发明实施例的吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料微观形貌的扫 描电镜照片；
[0027] 图2是根据本发明实施例的氢氧化钾与水热材料比值对吸附二氧化碳的玉米秸杆 基多孔碳材料二氧化碳吸附量的影响；
[0028]图3是根据本发明实施例的活化温度对吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料二 氧化碳吸附量的影响；
[0029] 图4是根据本发明实施例的活化时间对吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料二 氧化碳吸附量的影响；
[0030] 图5是根据本发明实施例的活化温度对吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料五 次再生后二氧化碳吸附量的变化。 【【具体实施方式】】：
[0031] 实施例1:
[0032]吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的制备步骤为:取14g 40目的玉米秸杆置 于高压密闭反应釜中，以8.4摄氏度/min的升温速率由室温升至250摄氏度，在250摄氏度下 保持10小时。将1.5g水热材料与3g氢氧化钾固体粉末充分混合，将混合物置于管式炉中进 行活化，其中活化程序为：以10摄氏度/min的升温速率由室温升至600摄氏度，在600摄氏度 下保持2小时，自然冷却至室温。活化过程中管式炉中持续通氮气保护。将活化后的材料用 去离子水和稀盐酸(O.lmol/L)反复清洗，直至清洗液的pH为中性，将清洗后的材料置于烘 箱中，80摄氏度烘干12小时。
[0033]吸附特性实验步骤为:零摄氏度下二氧化碳吸附量通过静态吸附实验在自动气体 吸附仪上测定(美国麦克公司AutoChem II 2920)，测定前样品在300摄氏度真空下脱气4小 时。
[0034] 实施例2:
[0035]吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的制备步骤为:取14g 40目的玉米秸杆置 于高压密闭反应釜中，以8.4摄氏度/min的升温速率由室温升至250摄氏度，在250摄氏度下 保持10小时。将1.5g水热材料与3g氢氧化钾固体粉末充分混合，将混合物置于管式炉中进 行活化，其中活化程序为：以10摄氏度/min的升温速率由室温升至700摄氏度，在700摄氏度 下保持2小时，自然冷却至室温。活化过程中管式炉中持续通氮气保护。将活化后的材料用 去离子水和稀盐酸(O.lmol/L)反复清洗，直至清洗液的pH为中性，将清洗后的材料置于烘 箱中，80摄氏度烘干12小时。
[0036]吸附特性实验步骤为:零摄氏度下二氧化碳吸附量通过静态吸附实验在自动气体 吸附仪上测定(美国麦克公司AutoChem II 2920)，测定前样品在300摄氏度真空下脱气4小 时。
[0037] 实施例3:
[0038]吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的制备步骤为:取14g 40目的玉米秸杆置 于高压密闭反应釜中，以8.4摄氏度/min的升温速率由室温升至250摄氏度，在250摄氏度下 保持10小时。将1.5g水热材料与3g氢氧化钾固体粉末充分混合，将混合物置于管式炉中进 行活化，其中活化程序为：以10摄氏度/min的升温速率由室温升至800摄氏度，在800摄氏度 下保持2小时，自然冷却至室温。活化过程中管式炉中持续通氮气保护。将活化后的材料用 去离子水和稀盐酸(0.1m 〇l/L)反复清洗，直至清洗液的pH为中性，将清洗后的材料置于烘 箱中，80摄氏度烘干12小时。
[0039] 吸附特性实验步骤为:零摄氏度下二氧化碳吸附量通过静态吸附实验在自动气体 吸附仪上测定(美国麦克公司AutoChem II 2920)，测定前样品在300摄氏度真空下脱气4小 时。样品在进行完一次吸附试验后，在室温下抽真空至小于O.lbar，马上进行第二次吸附实 验，重复5次。
[0040] 实施例4:
[0041]吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的制备步骤为:取14g 40目的玉米秸杆置 于高压密闭反应釜中，以8.4摄氏度/min的升温速率由室温升至250摄氏度，在250摄氏度下 保持10小时。将1.5g水热材料与3g氢氧化钾固体粉末充分混合，将混合物置于管式炉中进 行活化，其中活化程序为：以10摄氏度/min的升温速率由室温升至900摄氏度，在900摄氏度 下保持2小时，自然冷却至室温。活化过程中管式炉中持续通氮气保护。将活化后的材料用 去离子水和稀盐酸(0.1m 〇l/L)反复清洗，直至清洗液的pH为中性，将清洗后的材料置于烘 箱中，80摄氏度烘干12小时。
[0042]吸附特性实验步骤为:零摄氏度下二氧化碳吸附量通过静态吸附实验在自动气体 吸附仪上测定(美国麦克公司AutoChem II 2920)，测定前样品在300摄氏度真空下脱气4小 时。
[0043] 实施例5:
[0044]吸附二氧化碳的玉米秸杆基多孔碳材料的制备步骤为:取14g 40目的玉米秸杆置 于高压密闭反应釜中，以8.4摄氏度/min的升温速率由室温升至250摄氏度，在250摄氏度下 保持10小时。将1.5g水热材料与1.5g氢氧化钾固体粉末充分混合，将混合物置于管式炉中 进行活化，其中活化程序为：以10摄氏度/min的升温速率由室温升至800摄氏度，在800摄氏 度下保持2小时，自然冷却至室温。活化过程中管式炉中持续通氮气保护。将活化后的材料 用去离子水和稀盐酸(O.lmol/L)反复清洗，直至清洗液的pH为中性，将清洗后的材料置于 烘箱中，80摄氏度烘干12小时。
[0045]吸附特性实验步骤为:零摄氏度下二氧化碳吸附量通过静态吸附实验在自动气体 吸附仪上测定(美国麦克公司AutoChem II 2920)，测定前样品在300摄氏度真空下