一种经熔盐介质阳离子调控比表面积的生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种经熔盐介质阳离子调控比表面积的生物炭及其制备方法和应用，生物炭制备方法为：将固废生物质作为原材料，经打碎、浸泡洗净、离心、烘干等步骤，再经研磨成所需目数；最后，与事先调制的混盐润湿状态下机械打匀，在惰性气氛下，调控煅烧温度、升温速率、保温时间等条件进行炭化反应；制得的生物炭经酸洗、超纯水洗涤至近中性，即得具备高比表面积的生物炭材料。本发明专利技术采用熔融盐作为液相介质，通过固液相作用使生物质转化成高比表面积的炭基材料，并经熔盐阳离子设计实现比表面积的调控，制备的生物炭用于二氧化碳的吸附捕获，起到很好的吸附作用，为开发CO2捕获剂提供一种有效的合成途径。一种有效的合成途径。一种有效的合成途径。

【技术实现步骤摘要】
一种经熔盐介质阳离子调控比表面积的生物炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及固体废弃物生物质资源化利用和碳材料制备领域，具体涉及一种经熔盐介质阳离子调控比表面积的生物炭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]通过燃烧化石燃料和工业活动排放的二氧化碳是全球变暖的主要原因之一，当浓度过大时，甚至影响人的呼吸。因此，人们非常重视发展低成本和可持续的方法来捕获和储存二氧化碳，以减少其排放到大气中。现有的CO2捕集技术主要基于吸收、吸附、低温蒸馏和膜分离等工艺。其中，基于液体试剂的吸收法分离选择性差且分离效率低，应用范围窄；低温蒸馏能耗高、随着二氧化碳浓度降低，分离越难，一般适用于油田开采现场以提高采用率，在燃煤电厂烟气处理方面应用少；膜分离法耐高温性弱、制膜成本高，且由于各种气体分离性能和成本因素不具备大规模工业化应用条件。
[0003]相比之下，吸附法是应用最广泛的二氧化碳捕集工业技术。且具有工艺简单、能耗较低和无腐蚀等优点。近年来，使用固体材料吸附已成为一种低成本和高吸附量的CO2捕获策略。常用的材料吸附剂有活性炭、沸石、分子筛等。其中，传统的分子筛和沸石等材料由于孔结构偏大、表面官能团缺失等原因在二氧化碳吸附效率不算理想，经改进的多级孔结构导致材料价格昂贵，多用于石油化工行业的催化剂，不适用于CO2捕获。活性炭吸附效果较好，但好的活性炭成本仍偏高。鉴于以上原因，生物炭已进入人们的视野，生物炭可以通过各种废弃生物质经简单脱水、粉碎等预处理后，在常规热解下获得，过程和设备都不复杂，给制碳工艺赋予了固废资源化利用这一重大意义。
[0004]生物炭源于生物质，因此其碳材料往往拥有更为丰富的表面官能团，会比非极性的活性炭等碳基材料具有更好的表面性能，有利于其发挥表界面吸附作用。但是生物炭的孔结构调控没有活性炭成熟，其比表面积、孔容孔径等微观结构有待提高，开发一种有效地可调控的制备方法在研发新型生物炭、生产物美价廉的碳材料等方面意义重大。不同于固相高温煅烧法，本专利技术引入熔盐介质采用固液方式制备高比表面积的生物炭材料，可通过调控反应参数实现比表面积的调控，并应用于二氧化碳的吸附捕获，为二氧化碳吸附剂的开发提供有效的合成途径。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种经熔盐介质阳离子调控比表面积的生物炭及其制备方法和应用，本专利技术制得的生物炭材料具有高比表面积和丰富的微孔孔隙结构特性，为开发一种二氧化碳吸附捕获剂提供新的合成途径。
[0006]所述的一种经熔盐介质阳离子调控比表面积的生物炭的制备方法，包括以下步骤：1）将生物质废弃物作为原材料，经打碎、浸泡洗净、离心、烘干脱水步骤，采用研磨
机制粉，用50~200目数筛网细筛粒径，得到生物质粉末；2）将步骤1）得的生物质粉末，按质量比例1 : 0.1~ 10与事先调制的粉体混盐经机械制匀，在惰性气体气氛下，调控升温速率5~20 ℃/分钟，从室温升温至反应温度400~800 ℃，然后在反应温度下恒温保持100~200分钟进行炭化反应，得到生物炭；其中，所述事先调配的混盐是由三种金属盐按质量比例10~80 : 10~80 : 10~80组成，并用研磨机打粉过筛，所述三种金属盐的阴离子选自卤素离子、NO3‑
和SO
42
‑
，所述三种金属盐的阳离子元素选自碱金属或碱金属与其他阳离子，所述其他阳离子选自碱土金属、Fe族元素、Zn、Al、Mn中的至少一种；所述碱金属包括Na、K或Li，碱土金属包括Ca或Mg，Fe族元素包括Fe或Ni；3）将步骤2）所得的生物炭置于稀盐酸溶液中，置于水浴锅中并采取搅拌，过滤所得产物用超纯水洗涤至近中性，即得高比表面积的碳基材料。
[0007]进一步地，步骤2）中生物质粉末与粉体混盐的质量比为1：1~3，优选为1 : 2；所述生物质为木屑；步骤2）中，升温速率为14~15℃，反应温度为550~600℃，恒温保持时间为110~120分钟。
[0008]进一步地，所述卤素离子为Cl
‑
，三种金属盐的阴离子卤素离子、NO3‑
和SO
42
‑
三者的摩尔比为0.4~0.5：0.3~0.4：0.2~0.3，优选为0.45：0.35：0.25。
[0009]进一步地，三种金属盐的阳离子元素均为碱金属，碱金属包含K和Na，K和Na的摩尔比为1:0.5~2.0。
[0010]进一步地，三种金属盐的阳离子元素包括碱金属和其他阳离子，碱金属和其他阳离子的摩尔比为1~6:1，优选为3.2~5.5:1；所述其他阳离子优选为Zn。所述碱金属包含K和Na，K和Na的摩尔比为1:0.5~2.0，优选为1:0.7~1.3。
[0011]进一步地，步骤3）中，采用0.1~0.2 mol/L的盐酸溶液浸泡，水浴温度80~95℃，搅拌时间5~10小时。
[0012]本专利技术提供的生物炭能够很好的应用于二氧化碳捕获中，应用方法是：高压釜反应器内填充所述碳基材料二氧化碳捕获剂，通入CO2气体，控制温度25~40 ℃、压力1.0~1.6 MPa、反应时间60~120分钟下进行吸收。
[0013]相较于现有技术，本专利技术取得的有益效果是：1）本专利技术通过熔融盐液相介质与生物质发生固液相反应时设计调控熔融盐阳离子配制，可实现生物质转碳材料过程中比表面积的有效调控，使得形成的生物炭比表面积达到固相煅烧法的10倍、甚至几十倍以上。
[0014]2）本专利技术利用熔盐法将废弃生物质转化成有经济价值的生物炭材料，有望作为二氧化碳的吸附捕获的新材料和新方法，具有重要的社会、经济效益。
附图说明
[0015]图1为实施例1制备的生物炭1号样品的SEM图。
[0016]图2为实施例1制备的生物炭1号样品的氮气吸附
‑
脱附曲线图。
[0017]图3为实施例1制备的生物炭1号样品的孔径分布图。
[0018]图4为实施例1
‑
7以及对比例1
‑
2的生物炭样品的二氧化碳吸附量图。
具体实施方式
[0019]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0020]实施例1本专利技术实施例1中事先调配的粉体混盐包含Cl
‑
、NO3‑
和SO
42
‑
三种阴离子，且Cl
‑
、NO3‑
和SO
42
‑
三者的摩尔比为0.45：0.35：0.25，两种不同碱金属离子K和Na的摩尔配比为0.45：0.85。
[0021]实际操作时，按照摩尔比KCl : NaNO
3 : Na2SO
4 = 0.45：0.35：0.25机械打匀而成。
[0022]熔盐介质阳离子调控生物炭比表面积的制备方法和应用，步骤如下：1）将木材废屑生物质经打碎、清水浸泡1 h、清水中超声10 min去除杂质、离心、烘干等步骤，经10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种经熔盐介质阳离子调控比表面积的生物炭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将生物质废弃物作为原材料，经打碎、浸泡洗净、离心、烘干脱水步骤，采用研磨机制粉，用50~200目数筛网细筛粒径，得到生物质粉末；2）将步骤1）得的生物质粉末，按质量比例1 : 0.1~ 10与事先调制的粉体混盐经机械制匀，在惰性气体气氛下，调控升温速率5~20 ℃/分钟，从室温升温至反应温度400~800 ℃，然后在反应温度下恒温保持100~200分钟进行炭化反应，得到生物炭；其中，所述事先调配的混盐是由三种金属盐按质量比例10~80 : 10~80 : 10~80组成，并用研磨机打粉过筛，所述三种金属盐的阴离子选自卤素离子、NO3‑
和SO
42
‑
，所述三种金属盐的阳离子元素选自碱金属或碱金属与其他阳离子，所述其他阳离子选自碱土金属、Fe族元素、Zn、Al、Mn中的至少一种；所述碱金属包括Na、K或Li，碱土金属包括Ca或Mg，Fe族元素包括Fe或Ni；3）将步骤2）所得的生物炭置于稀盐酸溶液中，置于水浴锅中并采取搅拌，过滤所得产物用超纯水洗涤至近中性，即得高比表面积的碳基材料。2.如权利要求1所述的一种经熔盐介质阳离子调控比表面积的生物炭的制备方法，其特征在于步骤2）中生物质粉末与粉体混盐的质量比为1：1~3，优选为1 : 2；所述生物质为木屑；步骤2）中，升温速率为14~15℃，反应温度为550~600℃，恒温保持时间为110~120分钟。3.如权利要求1所述的一种经熔盐介质阳离子调控比表面积的生物炭的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡钟霆，王小芳，钱星辰，赵栋洋，胡沔，王军良，潘志彦，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：