一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土，各组分及其所占重量份数包括：水泥6～17份，粉煤灰2～5份，矿粉3～5份，碱活化多孔碳材料2～4份，砂25～45份，石45～50份，水5～7份，聚羧酸减水剂1.5～4.0份；其中所述碱活化多孔碳材料通过将双金属有机框架材料进行炭化，然后与聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子混合进行碳化，再与KOH进行超声共混、热活化得到。本发明专利技术所得混凝土具有良好的热稳定性和捕捉二氧化碳能力，可实现高容量二氧化碳的选择性吸附，同时有效兼顾所得混凝土的高温稳定性，显著降低二氧化碳对混凝土的碳化以及内部钢筋的锈蚀等问题；适合推广应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]二氧化碳的吸附与分离是减轻温室效应的重要手段之一。
[0003]对于一般大气(碳化)环境，混凝土碳化是导致混凝土结构耐久性能劣化的重要原因之一。空气中的CO2扩散到混凝土中，与混凝土中的可碳化物质发生反应，使混凝土的碱性降低。由于钢筋表面的钝化膜只能存在于碱性环境中，当混凝土中的pH值小于11.5时，钝化膜开始不稳定，当pH值小于9.88时，会导致钢筋脱钝等问题。混凝土碳化会降低钢筋表面附近混凝土的碱性，破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋锈蚀，进而导致混凝土开裂、剥落等耐久性问题。
[0004]工业排放的CO2会引起温室效应。混凝土作为最大宗的人造材料可通过碳化反应吸收空气中的CO2。混凝土的碳化反应往往发生在表面层(5～30mm)，这导致混凝土的CO2捕捉效率较低。在过去的几十年中，吸附材料的研究从传统的吸附剂(如活性炭、沸石、分子筛，等)发展到新兴的金属有机骨架材料，已取得了显著进展。近年来，金属有机骨架基多孔碳材料的合成与应用研究已成为国内外研究的新热点，尤其是将其用于气体吸附领域的研究。但传统金属有机骨架材料面对多组分气体的大气环境，无法有选择性的对气体进行吸附，限制了其对二氧化碳的吸附量，及其在碳捕捉混凝土中的有效应用。
[0005]此外，随着国家基础建设项目的增多，混凝土的应用领域也在不断的扩宽，其中高温窑炉用混凝土以及发电站用混凝土年使用量逐年增加。传统金属有机骨架材料本身具有相对较差的稳定性(包括热稳定性、化学稳定性等)，进一步限制了其在高温工业领域中的应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种具有良好热稳定性和捕捉二氧化碳能力的混凝土，可实现高容量二氧化碳的选择性吸附，同时有效兼顾所得混凝土的高温稳定性，显著降低二氧化碳(尤其高温条件下)对混凝土的碳化以及内部钢筋的锈蚀等问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土，各组分及其所占重量份数包括：水泥6～17 份，粉煤灰2～5份，矿粉3～5份，碱活化多孔碳材料(AMCM)2～4份，砂25～45份，石45～50 份，水5～7份，聚羧酸减水剂1.5～4.0份；其中所述碱活化多孔碳材料通过将双金属有机框架材料进行炭化，然后与聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子混合进行碳化，再与 KOH进行超声共混、热活化得到。
[0009]上述方案中，所述聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子的制备方法包括
如下步骤：将铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子放入真空机中抽取空气，在200～300Pa真空度保持2～3h，然后加入四氯化碳、聚乙烯亚胺混合均匀，在200～300Pa的真空度条件下，静置处理8～10；然后放入100～105℃的干燥箱内干燥至恒重，冷却至常温即可。
[0010]上述方案中，所述炭化步骤采用保护气氛，温度为725～750℃，时间为3～3.5h。
[0011]上述方案中，所述混合碳化步骤采用的温度为750～800℃，时间为8～10h。
[0012]上述方案中，所述热活化步骤采用的温度为650～700℃，时间为2.5～3h。
[0013]上述方案中，所述碱活化多孔碳材料的制备方法具体包括如下步骤：
[0014]1)Zn/Co
‑
ZIF双金属有机骨架制备氮掺杂微孔碳材料：将芯壳型Zn/Co ZIF进行室温氮气吹扫，然后在保护气氛下加热进行炭化，得氮掺杂微孔碳材料(NPC样品)；
[0015]2)MOFs金属有机骨架制备：将铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子放入真空机中抽取空气，在 200～300Pa真空度保持2～3h，然后加入四氯化碳、聚乙烯亚胺混合均匀，在200～300Pa的真空度条件下，静置处理8～10h；然后放入100～105℃的干燥箱内干燥至恒重，冷却至常温即可；再向其中加入氮掺杂微孔碳材料混合，加热进行碳化反应，冷却至室温，制得MOFs多孔碳材料；
[0016]3)将所得MOFs多孔碳材料和KOH进行超声共混，进行热活化(碱活化)，冷却至室温后即得所述碱活化多孔碳材料(AMCM)。
[0017]上述方案中，所述芯壳型Zn/Co ZIF的比表面积为1300～1500m2/g。
[0018]上述方案中，所述氮气吹扫采用的流速为50～60ml/min，时间为0.5～1.0h。
[0019]上述方案中，所述炭化步骤采用的升温速率为5～8℃/min，温度为725～750℃，时间为 3～3.5h，保护气体的流量为20～30ml/min。
[0020]上述方案中，步骤2)中各组分及其原料所占重量份数包括：铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子 20～30份，四氯化碳15～20份，聚乙烯亚胺15～20份，氮掺杂微孔碳材料45～55份。
[0021]上述方案中，所述碳化反应温度为750～800℃，时间为8～10h。
[0022]上述方案中，所述MOFs多孔碳材料与KOH的质量比为1:(4～6)。
[0023]上述方案中，所述超声共混采用的频率为25000～30000HZ，时间为0.3～0.5h。
[0024]上述方案中，所述热活化温度为650～700℃，活化时间2.5～3h。
[0025]本专利技术首先将芯壳型Zn/Co ZIF双金属有机骨架进行炭化制备氮掺杂微孔碳材料，然后利用液相浸渍法使四氯化碳、聚乙烯亚胺(PEI)负载至铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子中，并将其与所得氮掺杂微孔碳材料混合后碳化制备出能够选择性吸附二氧化碳气体且热稳定性优良的基于金属有机框架结构的多孔碳材料(采用液相浸渍法有利于保证所得复合材料对二氧化碳气体的选择性吸附量和热稳定性)；此外，为进一步提高所得碳材料对二氧化碳的吸附量，进一步进行碱活化。
[0026]上述方案中，所述水泥可选用42.5级以上的普通硅酸盐水泥，其相关指标满足GB/T 175 《通用硅酸盐水泥》标准要求；其密度为3.0～3.15g/cm3。
[0027]上述方案中，所述粉煤灰可选用F类或C类粉煤灰的I级、II级或III级等，其相关指标满足 GB/T 1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准要求；其密度为2.1～2.4g/cm3。
[0028]上述方案中，所述矿粉可选用S75～S105等级的粒化高炉矿渣粉，其相关指标满足GB/T18046《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准要求；其密度为2.6～2.9g/cm3。
[0029]上述方案中，所述砂可选用天然砂或人工砂等，密度1.4～1.8g/cm3，粒径为0～
300～500nm，标准组分Ni3[Fe(CN)6]2。
[0047]采用的水泥为新疆吉木萨尔水泥厂生产的天宇华鑫P.O 42.5普通硅酸盐水泥，密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土，其特征在于，各组分及其所占重量份数包括：水泥6～17份，粉煤灰2～5份，矿粉3～5份，碱活化多孔碳材料2～4份，砂25～45份，石45～50份，水5～7份，聚羧酸减水剂1.5～4.0份；其中所述碱活化多孔碳材料通过将双金属有机框架材料进行炭化得氮掺杂微孔碳材料，然后与聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子混合，碳化，再与KOH进行超声共混、热活化得到。2.根据权利要求1所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子的制备方法包括如下步骤：将铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子在200～300Pa真空度下保持2～3h，然后加入四氯化碳、聚乙烯亚胺混合均匀，在200～300Pa的真空度条件下，静置处理8～10h；干燥至恒重，冷却至常温即可。3.根据权利要求1所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述炭化步骤采用保护气氛，温度为725～750℃，时间为3～3.5h。4.根据权利要求1所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述混合碳化步骤采用的温度为750～800℃，时间为8～10h。5.根据权利要求1所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述热活化步骤采用的温度为650～700℃，时间为2.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩世界，张平，孟书灵，王军，岳彩虹，陈旭，卢霄，马旭东，李宁，
申请(专利权)人：中建西部建设股份有限公司，
类型：发明
国别省市：