一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料及其制备方法和应用，所述生物炭材料的制备方法为：将生物质粉末按质量比例1:0.1~10与事先调配的粉体混盐混合，并滴加适量水拌匀，在惰性气体气氛下，调控升温速率2~20℃/分钟从室温升温至反应温度，反应温度为400~900℃，在反应温度下恒温保持30~300 min进行炭化反应，得到生物炭经稀盐酸酸洗、超纯水洗涤至近中性，即得高含微孔结构的生物炭材料，并拥有较高的孔容特性。本发明专利技术通过熔融盐液相介质与生物质发生固液相反应制备新型的生物炭，在碳原子重组制生物炭过程中实现其孔结构的有效调控，使得形成的生物炭富含小孔径大孔容的特性，使生物炭材料能够很好的应用在催化乙炔氢氯化反应制备氯乙烯中。催化乙炔氢氯化反应制备氯乙烯中。催化乙炔氢氯化反应制备氯乙烯中。

【技术实现步骤摘要】
一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料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，具体涉及一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，HgCl2仍用作乙炔氢氯化的主要催化剂，它对环境有很大的危害。由于HgCl2的毒性和挥发性，工业场地周围逐渐出现了与汞相关的污染问题，开发环境友好的乙炔氢氯化无汞催化剂迫在眉睫，科学家们也尝试使用其他金属代替HgCl2催化剂。哈钦斯及其团队研究报道，金基催化剂作为汞替代剂是目前最佳的乙炔氢氯化金属催化剂。金基催化剂转化率高，稳定性较好，然而金基催化剂在整个过程中容易失活、流失，这种易失活且成本高的催化剂让科学家们不得不去选择其它金属作为乙炔氢氯化催化剂。研究发现铜，钯，钌等金属催化剂兼有望成为HgCl2乙炔氢氯化的替代催化剂。但是金属催化剂普遍存在易流失的问题，不仅仅提高了工业化成本，而且对生态环境潜在危害性。
[0003]碳基材料因其独特的性能而受到很大程度的关注。研究表明在电催化，光催化和热催化等方面具有多相催化作用，具有广泛的应用场景。与传统金属或金属氧化物相比，碳材料具有高比表面积，高耐酸耐碱，可调节表面化学性质等优点。已有科研人员发现碳材料的缺陷程度能够大大提高C2H2和HCl的吸附能力和催化转化率。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制备新型的生物炭，在碳原子重组制生物炭过程中实现其孔结构的有效调控，使得形成的生物炭富含小孔径大孔容的特性，为乙炔氢氯化反应过程提供更多的“单元格”微环境进行C2H2和HCl高效匹配，强化提高氯乙烯工业生产的选择性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料及其制备方法和应用，所得的生物炭材料具有小孔径大孔容特性，为开发一种非汞非贵金属乙炔氢氯化催化剂提供新方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：所述的一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：1）将生物质废弃物作为原材料，经打碎、过筛、浸泡、超声、离心、脱水、烘干步骤，采用研磨机制粉，用30~540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与事先调配的粉体混盐混合，并滴加适量水拌匀，在惰性气体气氛下，调控升温速率2~ 20℃/分钟从室温升温至反应温度，使混盐发生熔融形成液相介质下进行反应，反应温度为400~900 ℃，在反应温度下恒温保持30~300 min后，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，所述三种金属盐的阳离子选自Na
+
、K
+
、Mg
2+
中的两种，阴离子选
自Cl
‑
和SO
42
‑
；3）将步骤2）所得的生物炭经稀盐酸酸洗、超纯水洗涤至近中性，即得高含微孔结构的生物炭材料，并拥有较高的孔容特性。
[0006]进一步地，所述生物质为木屑。
[0007]进一步地，步骤2）中，升温速率为10~18 ℃/分钟；反应温度为600~800℃，在反应温度下恒温保持时间为60~90 min。
[0008]进一步地，步骤2）中升温速率为14~15 ℃/分钟，反应温度为700~750℃。
[0009]进一步地，步骤2）中，所述生物质粉末按质量比例1 : 1~3与事先调配的粉体混盐混合，粉体混盐的目数在150目以上；混盐中的阳离子选自Na
+
和K
+
，Na
+
和K
+
的摩尔比为1:1~2，优选为1:1.5，阴离子选自Cl
‑
和SO
42
‑
，Cl
‑
和SO
42
‑
的摩尔比为1:0.5~2，优选为1:1。
[0010]进一步地，所述混盐是由KCl、K2SO4和Na2SO4三种金属盐按质量比例30~35 : 28~32 : 35~40组成，优选KCl、K2SO4和Na2SO4质量比例为32.5 : 30.4 : 37.1。
[0011]进一步地，步骤3）中，稀盐酸的浓度为0.1~0.5 mol/L，酸洗、超纯水洗涤的操作温度均为40~90 ℃。
[0012]本专利技术提供的一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料能够很好的应用在催化乙炔氢氯化反应制备氯乙烯中，应用方法为：在固定床反应器填充生物炭材料下进行，通入HCl和C2H2气体，在温度100~160 ℃、压力0.1~0.15 MPa条件控制下反应制氯乙烯；所述HCl和C2H2的物质的量比为1 : 0.95~1.2，反应气体体积空速以乙炔计为30~720 h
‑1。
[0013]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反应升温速率，可实现生物质转碳材料过程中孔结构的有效调控，使得形成的生物炭富含小孔径大孔容特性。
[0014]2）本专利技术生物炭材料能用于乙炔氢氯化反应，通过发挥其丰富的微孔结构（孔径小孔容大说明有更多的独立“小房间”）能促进HCl和C2H2气体分子的独立配对数，提高氯乙烯生产的选择性。
[0015]3）本专利技术能为氯乙烯工业替换汞剂催化剂、开发非汞非金属新型功能材料提供新方法。本专利技术生物炭材料能用于乙炔氢氯化反应，发挥催化作用，提高产物转化率，为氯乙烯工业替换汞剂催化剂提供一种新的可能。另外，为减少汞剂剧毒化合物释放，减少环境污染，发展无汞、非金属催化剂促进乙炔氢氯化工业长期发展提供新方法。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1制备的生物炭1号样品的SEM图。
[0017]图2为本专利技术实施例1制备的生物炭1号样品的TEM图。
[0018]图3为本专利技术实施例制备的生物炭1、2、3号样品用于催化乙炔氢氯化反应的活性曲线对比图。
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 富含微孔结构且孔容可调的生物炭制备方法和应用，步骤如下：
1）将木材废屑生物质经打碎、过筛、清水浸泡1 h、清水中超声10 min去除杂质、离心、脱水、烘干等步骤，经110 ℃下5小时烘干的生物质采用研磨机制粉，用150目数筛网细筛粒径；2）取步骤1）所得的生物质粉末，按质量比例1 : 2与事先调配的粉体混盐混合（混盐组成为质量比KCl : K2SO
4 : Na2SO
4 = 32.5 : 30.4 : 37.1，混盐熔融温度620 ℃），在惰性气体氮气氛围下，调控升温速率14 ℃/分钟，从室温升温至反应温度700 ℃，然后在反应温度下恒温保持60分钟，进行炭化反应；3）所得的生物炭在65 ℃下经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料的制备方法，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、过筛、浸泡、超声、离心、脱水、烘干步骤，采用研磨机制粉，用30~540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与事先调配的粉体混盐混合，并滴加适量水拌匀，在惰性气体气氛下，调控升温速率2~ 20℃/分钟从室温升温至反应温度，使混盐发生熔融形成液相介质下进行反应，反应温度为400~900 ℃，在反应温度下恒温保持30~300 min后，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，所述三种金属盐的阳离子选自Na
+
、K
+
、Mg
2+
中的两种，阴离子选自Cl
‑
和SO
42
‑
；3）将步骤2）所得的生物炭经稀盐酸酸洗、超纯水洗涤至近中性，即得高含微孔结构的生物炭材料，并拥有较高的孔容特性。2.如权利要求1所述的一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料的制备方法，其特征在于所述生物质为木屑。3.如权利要求1所述的一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料的制备方法，其特征在于步骤2）中，升温速率为10~18 ℃/分钟；反应温度为600~800℃，在反应温度下恒温保持时间为60~90 min。4.如权利要求3所述的一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料的制备方法，其特征在于步骤2）中升温速率为14~15 ℃/分钟，反应温度为700~750℃。5.如权利要求1所述的一种富含微孔结构且孔容可调的生物炭材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡钟霆，赵栋洋，郑佳祎，王小芳，赵佳，朱艺涵，李小年，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：