一种高性能捕集CO2的生物炭及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高性能捕集CO2的生物炭及其制备方法与应用，属于碳捕集、碳封存技术领域。本发明专利技术采用钾盐协助水热炭化和钾盐协助无氧热裂解的双催化、双碳化工艺，发挥钾盐催化水解、催化致孔的功效，形成大量的小孔径微孔。在成本不增加的情况下，优化新兴的两步活化、炭化工艺，实现CO2捕集能力的显著提升，常温常压下(25℃，1bar)捕集量达142mg/g。本发明专利技术为强化CO2的捕集技术，提供了一种小微孔为主导的多孔生物炭制备工艺，简单、便捷、效果好，可推广应用。可推广应用。可推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能捕集CO2的生物炭及其制备方法与应用


[0001]本申请属于温室气体治理和材料
，更具体地说，涉及一种高性能捕集CO2的生物炭及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]全球气候变化，尤其是气温升高，已经对人类生活产生了巨大的不利影响，例如严重干旱、极端暴雨天气、冰川融化和海平面上升等，威胁着地球生命的延续。温室气体的大量排放是全球气温升高的主导原因，控制其排放量是减缓气温升高的关键与前提。CO2是温室气体中的重点研究对象，农业、工业等生产过程中释放量巨大。CO2的捕集是近些年新兴的碳封存技术之一，具有操作简单、便捷、成本较低、效率较高等优点。
[0003]近些年来，有研究表明生物炭可用于CO2的高效捕集。生物炭是无氧热裂解农林牧生物质废弃物的黑炭产物，因具有消减固体生物质废弃物、优异的表面/孔结构性能，成为农林业环境领域的研究热点与重点。Cao等使用油菜秸秆、大豆秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、核桃壳、山核桃木和松木制备了多种生物炭，均具有良好的CO2捕集能力，可达46mg/g(Cao et al.,2022,Separation and Purification Technology,Straw and wood based biochar for CO
2 capture:Adsorption performance and governing mechanisms)。Liu等使用污泥制备生物炭，其CO2的捕集能力可达28mg/g，优化污泥生物炭的制备工艺后，其CO2的捕集能力可达49mg/g(Liu et al.,2022,Journal of Environmental Chemical Engineering,CO
2 capture performance of biochar prepared from sewage sludge after conditioning with different dewatering agents)。
[0004]生物炭具有较高的可塑造性，其孔隙结构等性质可通过优化制备工艺实现改良与提升，并强化其捕集CO2的能力。然而，针对CO2捕集效率提升的生物炭及制备工艺尚较为缺乏，亟待开发与应用。

技术实现思路

[0005]1.专利技术目的
[0006]本申请的目的在于提供一种高性能捕集CO2的生物炭，该生物质炭具有丰富的微孔，尤其是孔径小于0.8nm和0.5nm的小微孔数量多，微孔的比表面积和孔容比均大于常规的生物炭，该生物质炭的CO2的捕集能力得到了大幅度提升。
[0007]本申请的另一目的在于提供一种高性能捕集CO2的生物炭的制备方法，采用钾盐协助的双催化、双炭化工艺，制备满足要求的用于捕集CO2的生物炭，提高了生物炭捕集CO2能力。
[0008]2.技术方案
[0009]为了解决上述问题，本申请所采用的技术方案如下：
[0010]本申请提供了一种高性能捕集CO2的生物炭，该生物质炭的微孔孔容占总孔容的比例可达76％，微孔比表面积占总比表面积的比例可达79％。
[0011]进一步地，上述一种高性能捕集CO2的生物炭，其中孔径小于0.8nm的微孔孔容占总微孔孔容的比例可达67％。
[0012]进一步地，上述一种高性能捕集CO2的生物炭，其中孔径小于0.5nm的微孔孔容占总微孔孔容的比例可达19％。
[0013]本申请还提供了一种上述高性能捕集CO2的生物炭的制备方法，该方法采用钾盐协助水热炭化和钾盐协助无氧热裂解的双催化、双炭化工艺，在低温水热催化炭化过程中，钾盐可分离农林生物质木质素、纤维素和半纤维素等，刻蚀孔隙，加速生物质的水解与再缩合；同时，盐离子均匀的分布在纤维素的表面与缝隙中，有助于高温无氧热裂解过程中微孔的形成与广泛分布，具体包括如下步骤：
[0014]S1：协助水热炭化：将农林生物质废弃物清洗干净，粉碎机破碎至80～100目，与钾盐混合后添加去离子水，置于水热反应釜中，低温炭化，冷却后取出，烘干得到炭基产品；
[0015]S2：钾盐协助无氧热裂解：将S1中的炭基产品置于刚玉坩埚中，置于入管式马弗炉中，低速升温，高温炭化，全程氮气保护，随后低速降温至室温后取出，研磨、酸洗、水洗和烘干，得到高性能捕集CO2的生物炭。
[0016]进一步地，上述钾盐包括甲酸钾、乙酸钾中的一种或多种。
[0017]进一步地，上述农林生物质废弃物包括竹子、木屑、秸秆中的一种或多种。
[0018]进一步地，上述S1中，钾盐与农林生物质废弃物的质量比为(0.5～2):1。
[0019]进一步地，上述S1中，农林生物质废弃物与去离子水的添加比例为300～500g/L。
[0020]进一步地，上述S1中，低温炭化的温度为180～200℃，炭化时间为2～4h。
[0021]进一步地，上述S2中，低速升温的升温速率为1～2℃/min。
[0022]进一步地，上述S2中，高温炭化的温度为700～900℃，炭化时间为1～4h。
[0023]进一步地，上述S2中，低速降温的降温速率为2～5℃/min。
[0024]进一步地，上述S2中，氮气流量为50～200mL/min。
[0025]本申请还提供了一种通过上述制备方法制备的高性能捕集CO2的生物炭。
[0026]本申请还提供了上述一种高性能捕集CO2的生物炭和/或其制备方法在碳减排中的应用。
[0027]进一步地，上述在碳减排中的应用包括将一种高性能捕集CO2的生物炭用于捕集CO2。
[0028]3.有益效果
[0029]本申请与现有技术相比，其有益效果在于：
[0030](1)本申请提供的一种高性能捕集CO2的生物炭及其制备方法与应用，与现有技术相比，采用钾盐协助水热炭化和钾盐协助无氧热裂解的甲酸盐双催化、双炭化工艺，在钾盐协助水热炭化过程中，低温水热催化、炭化，钾盐可分离生物质木质素、纤维素、半纤维素，刻蚀孔隙，加速生物质的水解与再缩合。同时，钾离子均匀的分布在纤维素表面与缝隙中，有助于高温无氧热裂解过程中微孔的形成与广泛分布。
[0031](2)本申请提供的一种高性能捕集CO2的生物炭及其制备方法与应用，与现有技术相比，可制备出微孔丰富(微孔比表面积达923m2/g，微孔孔容达0.48cm3/g)，尤其是小微孔数量众多(孔径小于0.2nm的孔容达0.09cm3/g，孔径小于0.8nm的孔容达0.32cm3/g)的生物质炭。此外，总孔隙中，微孔占比极大，例如，与总比表面积的占比达79％，与总孔容的占比
达76％。
[0032](3)本专利技术提供的一种高性能捕集CO2的生物炭及其制备方法与应用，方法简单，成本低，使用的有机钾盐无腐蚀性，是绿色炭化工艺，可以用于大规模的推广。
附图说明
[0033]图1为实施例1中的生物炭和对比例中的生物炭的氮气吸附解吸曲线。
[0034]图2为实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能捕集CO2的生物炭，其特征在于，所述生物质炭的微孔孔容占总孔容的比例大于等于76％，微孔比表面积占总比表面积的比例大于等于79％。2.根据权利要求1所述的一种高性能捕集CO2的生物炭，其特征在于，所述生物炭孔径小于0.5nm的微孔孔容占总微孔孔容的比例大于等于19％。3.权利要求1或2所述的一种高性能捕集CO2的生物炭的制备方法，其特征在于，所述方法采用钾盐协助水热炭化和钾盐协助无氧热裂解的双催化、双炭化工艺，具体包括如下步骤：S1：钾盐协助水热炭化：将农林生物质废弃物清洗干净，粉碎机破碎至80～100目，与钾盐混合后添加去离子水，置于水热反应釜中，低温炭化，冷却后取出，烘干得到炭基产品；S2：钾盐协助无氧热裂解：将S1中的炭基产品置于刚玉坩埚中，置于入管式马弗炉中，低速升温，高温炭化，全程氮气保护，随后低速降温至室温后取出，研磨、酸洗、水洗和烘干，得到高性能捕集CO2的生物炭。4.根据权利要求3所述的一种高性能捕集CO2的生物炭的制备方法，其特征在于，所述钾盐包括甲酸钾、乙酸钾中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：程虎，纪荣婷，韩张雄，于海洋，孔超，张龙江，李威，韩建刚，
申请(专利权)人：生态环境部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：