本发明涉及一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，属于co2吸附捕集。
背景技术：
1、co2捕集利用与封存(ccus)技术被视为电力行业实现co2近零排放的关键技术路径。在ccus技术链条中，co2捕集环节不仅成本最高，而且能耗最大，是决定系统成本和能效的关键环节。因此，开发高效、低成本的co2捕集工艺对于推动ccus技术的广泛应用至关重要。
2、当前co2捕集工艺中，采用固体多孔材料的物理吸附工艺具有co2回收难度低、吸附剂可无害化循环使用以及co2吸脱附温度窗口与烟气环境匹配良好等等优势，被视为下一代低成本、低能耗co2捕集工艺的重要发展方向。
3、在co2吸附捕集领域吸附剂材料的性能仍是制约工艺发展的关键因素。工业烟气co2排放通量大，但浓度较低(10～20vol％)，这要求吸附剂材料必须同时具备高吸附选择性、大吸附容量以及低再生能耗。然而，现有的co2吸附剂材料在吸附容量、吸附选择性与再生能耗之间往往难以兼顾。
4、以商用碳基吸附剂为例，通过极性官能团嫁接可以有效提升吸附容量与吸附选择性。相关研究(j.mater.chem.a2016,4,18248-18252；carbon2016,109,747-754)表明，在碳材料内引入不到10at％的氮/氧官能团，就能使co2吸附容量提升1倍，co2/n2吸附选择性提升20-30倍。然而，这一改进同时也带来了显著的问题：极性官能团的引入会显著增加co2的等量吸附热，导致再生能耗显著增加。据测算(carbon 2024,225,119152)，当碳基吸附剂内引入5at％的极性官能团时，低浓度co2的等量吸附热会增加1倍以上，进而使得co2捕集成本至少增加30％。
5、极性吸附剂再生能耗高的瓶颈主要来自两个方面：
6、一面极性吸附剂极性官能团与co2之间存在强烈的四极矩相互作用，虽然这种相互作用能显著提升吸附容量及吸附选择性，但在再生过程中克服这种相互作用同样需要高昂的能量输入；
7、二是极性吸附剂内co2非均匀分布，co2多聚集于极性官能团附近，而传统的热再生方法能量均匀作用到吸附剂表面，导致能量无效损耗高。
8、目前，仅通过调控吸附剂本征理化结构难以解决上述两方面问题。
9、因此，如何在提升co2吸附容量及吸附选择性的同时，实现低能耗再生，成为发展低成本烟气co2吸附捕集工艺亟需解决的关键技术难题。
技术实现思路
1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法。
2、实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，所述方法包括如下步骤：
3、s1：对碳基吸附剂进行极性官能团定向嫁接；
4、s2：将s1所得碳基吸附剂与石英砂混合均匀；
5、s3：将混合均匀的碳基吸附剂与石英砂放置于固定床反应器内，并调控床层温压至所需；
6、s4：将含10～20vol％浓度的co2的工业烟气通入固定床反应器内；
7、s5：碳基吸附剂对co2进行吸附捕集；
8、s6：在碳基吸附剂对co2吸附饱和后对碳基吸附剂施加外加电场；
9、s7：碳基吸附剂进行热再生，所述热再生过程的温度为80～150℃。
10、s1所述碳基吸附剂的孔径小于0.7nm，碳基吸附剂的孔容不低于0.6cm3/g。
11、s1所述极性官能团的极性含氧官能团为羧基、羟基、羰基中的一种或多种组合。
12、s1所述极性官能团的极性含氧官能团含量为5～15at％。
13、s1所述极性官能团的极性含氮官能团为吡啶氮、吡咯氮、氨基、石墨氮中的一种或多种组合。
14、s1所述极性官能团的极性含氮官能团含量为5～10at％。
15、s3所述固定床反应器的工作温度为20～40℃。
16、s6所述外加电场的作用形式为外接电磁电极，所述电磁电极的电压为0.5～1.5v。
17、s6所述外加电场的作用形式为微波辐照，所述微波辐照的功率为50-100w。
18、s6所述外加电场的作用形式为焦耳加热，所述焦耳加热的电压为0.5-3v。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20、本发明通过嫁接极性官能团至吸附剂表面，强化了co2的物理吸附能力，实现了从点到面的高效能量聚焦，提升了吸附剂对co2的高选择性和大容量吸附性能。使得吸附容量、吸附选择性与再生能耗之间达到了高效协同，提高了co2吸附捕集过程的整体能效。进一步地，通过特定种类及含量的官能团与特定强度的外加电场，引导能量定向聚焦于co2富集的极性官能团附近，使吸附点位兼具co2聚集与能量聚焦的双重功能，降低了无效能量消耗。相较于当前广泛应用的变温和变压吸附方法，在减少无效能量消耗的同时，实现了co2的高选择性大容量吸附与低能耗再生，有效突破了当前co2高效吸附与低能耗再生协同的技术瓶颈。在吸附剂再生阶段，外加电场与极性官能团的耦合作用促进了能量的高效聚焦，抵消极性官能团与co2之间的相互作用势场，使得吸附态的co2能够低能耗、快速地解吸，从而进一步提升了整个吸附捕集过程的能效。
1.一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：s1所述碳基吸附剂的孔径小于0.7nm，碳基吸附剂的孔容不低于0.6cm3/g。
3.根据权利要求2所述的一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：s1所述极性官能团的极性含氧官能团为羧基、羟基、羰基中的一种或多种组合。
4.根据权利要求3所述的一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：s1所述极性官能团的极性含氧官能团含量为5～15at％。
5.根据权利要求2所述的一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：s1所述极性官能团的极性含氮官能团为吡啶氮、吡咯氮、氨基、石墨氮中的一种或多种组合。
6.根据权利要求5所述的一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：s1所述极性官能团的极性含氮官能团含量为5～10at％。
7.根据权利要求1所述的一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：s3所述固定床反应器的工作温度为20～40℃。
8.根据权利要求6所述的一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：s6所述外加电场的作用形式为外接电磁电极，所述电磁电极的电压为0.5～1.5v。
9.根据权利要求6所述的一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：s6所述外加电场的作用形式为微波辐照，所述微波辐照的功率为50-100w。
10.根据权利要求6所述的一种基于碳材料极性官能团与电场耦合的co2吸附捕集方法，其特征在于：s6所述外加电场的作用形式为焦耳加热，所述焦耳加热的电压为0.5-3v。