一种以多孔含氮聚合物为前体制备氮掺杂碳材料及其应用制造技术

本发明专利技术属于多孔氮掺杂碳材料领域。具体涉及一种以多孔含氮聚合物为前体制备氮掺杂碳材料及其在二氧化碳吸附中的应用。其是以氮杂环单体通过傅克烷基化反应制备的超交联的微孔聚合物，利用索氏提取除去催化剂FeCl3，干燥后的固体用碱性溶液浸渍，蒸干溶剂后焙烧得到碳材料。本发明专利技术所采用的氮掺杂多孔碳材料与其他常见的碳材料相比，比表面积高、微孔数量丰富，并且氮原子能够均匀地分布在碳材料中，并且碳前体的制备过程简单、廉价易得，过程绿色清洁，操作简单高效，可控性强，碳材料形貌可调，可大规模生产。该材料在二氧化碳吸附领域表现出良好的吸附性和CO2/N2选择性，具有重要的工业应用前景。

Preparation of nitrogen doped carbon materials with porous nitrogen containing polymers as precursors and their applications

The present invention belongs to the field of porous nitrogen doped carbon materials. The application of a porous nitrogen containing polymer as a precursor to the preparation of nitrogen doped carbon materials and the absorption of carbon dioxide in carbon dioxide is specifically concerned. It is a super crosslinked microporous polymer prepared by nitrogen heterocyclic monomers through Friedel alkylation reaction. The catalyst FeCl3 is removed by Soxhlet extraction, and the dry solid is impregnated with alkaline solution, then evaporated dry solvent to roast the carbon material. The invention adopts the nitrogen doped porous carbon materials and other common carbon materials, high specific surface area, micropore abundance, and nitrogen atoms can be distributed uniformly in the carbon material, and preparation process of carbon precursor is simple, cheap, clean and green process, simple and efficient operation, strong controllability the morphologies of carbon materials, adjustable, large-scale production. The material has good adsorbability and CO2/N2 selectivity in the field of carbon dioxide adsorption, which has an important industrial application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种以多孔含氮聚合物为前体制备氮掺杂碳材料及其应用
本专利技术属于多孔氮掺杂碳材料领域。具体涉及一种以多孔含氮聚合物为前体制备氮掺杂碳材料及其在二氧化碳吸附中的应用。
技术介绍
由于化石燃料燃烧所造成的二氧化碳气体的过量排放，引发了温室效应，导致了海平面上升、全球变暖、极地气候恶化等一系列生态恶化现象，使得地球的生态和环境都面临严重的威胁。就现状而言，我们需要通过控制大气中二氧化碳排放量来稳定目前大气中CO2的浓度。工业中引领当前二氧化碳吸附技术的是液氨吸附法，这种方法在进行液体循环时要消耗大量的能量，能耗高。而采用固体吸附剂吸附分离的方法具有能耗低，速率快，经济性等优点，因此制备具有高的二氧化碳吸附性能的固体吸附剂，并将其合理工业化，是应对目前温室气体过度排放的策略。理想的吸附剂应当具有原料廉价易得、制备简便、稳定性较好，二氧化碳吸附量高以及可循环利用等优点。目前已经报道的二氧化碳固体吸附剂有胺功能化的二氧化硅材料、沸石分子筛、活性炭、多孔有机聚合物、金属有机框架材料以及其他新型碳材料等。作为人类最早认识的功能材料之一，碳材料的制备和应用伴随着文明的发展经历了悠久的历史。由于碳材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以多孔含氮聚合物为前体制备氮掺杂碳材料，其特征在于制备过程包含如下步骤：1)将氮杂环化合物单体、二甲醇缩甲醛、三氯化铁、1,2‑二氯乙烷混合，搅拌，加热0.5～96小时后，得到固液混合物1；2)将该混合物抽滤，固体进行索氏提取24～48小时后干燥得到固体2，即多孔含氮聚合物；3)将固体2和氢氧化钾溶液混合搅拌1～24小时后蒸干溶剂得到固体3；4)将固体3进行焙烧得到固体4；5)固体4经过蒸馏水洗涤至中性后烘干，最终得到氮掺杂的多孔碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种以多孔含氮聚合物为前体制备氮掺杂碳材料，其特征在于制备过程包含如下步骤：1)将氮杂环化合物单体、二甲醇缩甲醛、三氯化铁、1,2-二氯乙烷混合，搅拌，加热0.5～96小时后，得到固液混合物1；2)将该混合物抽滤，固体进行索氏提取24～48小时后干燥得到固体2，即多孔含氮聚合物；3)将固体2和氢氧化钾溶液混合搅拌1～24小时后蒸干溶剂得到固体3；4)将固体3进行焙烧得到固体4；5)固体4经过蒸馏水洗涤至中性后烘干，最终得到氮掺杂的多孔碳材料。2.根据权利要求1所述以多孔含氮聚合物为前体制备氮掺杂碳材料，其特征在于：所述的氮杂环单体为吲哚、喹啉、异喹啉中的一种或二种以上。3.根据权利要求1所述以多孔含氮聚合物为前体制备氮掺杂碳材料，其特征在于：步骤(1)中二甲醇缩甲醛和氮杂环化合物单体的摩尔比为1～24:1；三氯化铁和二甲醇缩甲醛的摩尔比为1～2:1，相对于3.33mmol氮杂环化合物单体加入的1，2-二氯乙烷的量为5～40mL。4.根据权利要求1所述以多孔含氮聚合物为前体制备氮掺杂碳材料，其特征在于：步骤(1)中加热方法为微波加热、水浴加热、油浴加热中的一种或二种以上；加热温度为40～...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨启华，李贺，任小敏，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21