竹炭表面改性方法及其应用技术

本发明专利技术属于竹炭改性材料技术领域，本发明专利技术公开了竹炭表面改性方法及其应用。本发明专利技术的改性方法是将市售竹炭清洗，干燥、粉碎后与金属盐溶液和植酸溶液进行浸渍，再加入氮掺杂成分用氨氮蒸汽熏蒸最后表面再进行胺化得到表面改性竹炭产品，通过上述改性方法制备得到的表面改性竹炭对二氧化碳的吸附能力和捕捉能力显著增强。可以进一步支持该表面改性竹炭在二氧化碳捕集吸附工业上的应用。氧化碳捕集吸附工业上的应用。

【技术实现步骤摘要】
竹炭表面改性方法及其应用


[0001]本专利技术涉及竹炭改性材料
，尤其涉及竹炭表面改性方法及其应用。

技术介绍

[0002]自工业革命以来,化石燃料就作为一种不可替代的能源为人类提供源源不断的能量。在人类使用化石燃料的过程中不可避免地产生了温室气体,导致气候变暖、海平面上升、旱、洪、涝等自然灾害频发,严重地破坏了全球的生态平衡。二氧化碳是一种潜在的碳资源,常作为化工原料、制冷剂、惰性介质及压力源等被广泛使用，但是，越来越多的二氧化碳被排放到环境中，使得全球的二氧化碳浓度急剧上升，导致全球气候变暖。减少二氧化碳的排放，不仅可以有效地减轻温室效应，还可以缓解全球气温上升的问题。针对废气中二氧化碳的处理，一般采用以下几种方法：二氧化碳封存法、物理吸收法、溶剂吸收法、膜吸收法以及固体吸附法。
[0003]溶剂吸收法最为成熟，以其工艺及设备简单，已经应用于工业化生产，但此方法存在吸收剂再生困难、设备容易腐蚀等问题；膜分离法则由于分离效率低、膜放大困难及难以实现工业化等问题在应用上受到限制；固体吸附法是相对较晚兴起的二氧化碳吸附分离技术，与溶剂吸收法及膜分离法相比，具有工艺简单、对设备腐蚀性小、吸附剂回收再生能耗低等优点，因此，该技术在二氧化碳吸附分离领域发展迅速。固体吸附法是指采用固体吸附剂对CO，进行分离和捕集，其中固体吸附剂多指多孔固体材料负载型吸附剂。固体吸附剂的多孔固相载体可以分为介孔硅分子筛、沸石、聚合物多孔材料、活性炭等。与活性炭、沸石、硅胶和金属
‑
有机框架(MOFs)等传统吸附剂相比，生物质基吸附剂具有成本低、环保、可用性强、低毒、易于再生、可重复使用、渗透性、稳定性、易于处理和大表面积等优点。
[0004]我国在竹子栽培和利用方面有着悠久历史，且竹子资源种类丰富、种植面积较广，竹材产量和竹林面积皆居世界第一，素有“竹子王国”之称。竹类植物具有生长快、繁殖能力强和容易更新的特点，竹炭是竹材在高温、少氧条件下烧制出来的一种天然炭材料，竹炭有丰富的孔隙分布特征和高比表面积，其表面存在羧基、内酯基、酚羟基等含氧官能团和少量含硫、氢、氯等其他元素的表面官能团。在环保和工业等领域得到日益广泛的应用。尽管作为优质的吸附材料在广泛的使用，但是在二氧化碳的吸附和捕捉方面报道较少，同时，尽管竹炭材料具有诸多优点，但是竹炭本身表面孔隙和比表面积较小，从而很大程度上严重影响了竹炭的吸附能力。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，针对现有竹炭作为吸附剂时表现出的吸附能力差的特点，本专利技术提供了竹炭的表面改性方法及其应用。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]竹炭表面改性方法，包括以下步骤：
[0008]①
将市售竹炭粉碎先后用盐酸溶液和去离子水洗涤至上清液澄清，将洗净后的竹
炭干燥，获得竹炭颗粒；
[0009]②
将获得的竹炭颗粒浸渍在金属盐溶液中超声振荡，去离子水清洗、干燥，再将干燥后的竹炭颗粒和植酸溶液混合置于搅拌容器中进行搅拌，干燥、粉碎，获得浸渍竹炭粉；
[0010]③
将获得的浸渍竹炭粉加入氮掺杂成分用氨氮混合蒸汽进行熏蒸，干燥、焙烧，粉碎，获得活化竹炭粉；
[0011]④
将获得的活化竹炭粉和甲基二乙醇胺溶液混合搅拌，浸渍、干燥、得到改性竹炭。
[0012]本专利技术进一步技术方案中，上述竹炭表面改性方法，具体包括以下步骤：
[0013]①
将市售竹炭粉碎过10目筛，用0.1mol/L盐酸溶液清洗后用去离子水洗涤至上清液澄清，将洗净后的竹炭干燥，获得竹炭颗粒；
[0014]②
将获得的竹炭颗粒和金属盐溶液混合，超声振荡6
‑
10h,去离子水清洗、干燥，再将干燥后的竹炭颗粒和质量浓度为50wt％的植酸溶液混合置于搅拌容器中，在75℃环境中，调节转速100r/min搅拌60
‑
100min,干燥、粉碎，获得浸渍竹炭粉；
[0015]③
将获得的浸渍竹炭粉加入氮掺杂成分用氨氮混合蒸汽进行熏蒸，干燥、焙烧，粉碎，获得活化竹炭粉；
[0016]④
将获得的活化竹炭粉和甲基二乙醇胺溶液混合搅拌，浸渍、干燥、得到改性竹炭。
[0017]本专利技术进一步技术方案中，上述干燥后的竹炭颗粒和植酸溶液重量比为1:2。
[0018]本专利技术进一步技术方案中，上述竹炭颗粒和质量浓度为1
‑
6％％九水硝酸铝溶液重量比为1:2。
[0019]本专利技术进一步技术方案中，上述的氨氮混合蒸汽中，氨蒸汽量为50mL/min；氮气蒸汽量80mL/min。
[0020]本专利技术进一步技术方案中，氨氮混合蒸汽熏蒸时间为20
‑
30min。
[0021]本专利技术进一步技术方案中，焙烧温度为400
‑
600℃，焙烧时间3
‑
5h。
[0022]本专利技术进一步技术方案中，步骤
②
中粉碎后竹炭粉粒径范围为180
‑
200目。
[0023]本专利技术进一步技术方案中，步骤
③
中粉碎后竹炭粉粒径范围为600
‑
800目。
[0024]本专利技术进一步技术方案中，步骤
④
中甲基二乙醇胺溶液和活化竹炭粉重量比为2:1，浸渍时间为4
‑
5h。
[0025]本专利技术进一步技术方案中，上述的氮元素掺杂成分为氨基钠，其加入量为浸渍竹炭粉的3倍。
[0026]本专利技术进一步技术方案中，上述的金属盐溶液为九水硝酸铝溶液。
[0027]本专利技术进一步技术方案中，在所述甲基二乙醇胺溶液浸渍的步骤之前，配制所述甲基二乙醇胺溶液；配制所述甲基二乙醇胺溶液的步骤为：将甲基二乙醇胺与无水乙醇进行混合、搅拌至溶解，得到甲基二乙醇胺溶液，其中，所述甲基二乙醇胺与无水乙醇的质量比为1:50。
[0028]本专利技术进一步技术方案中，上述步骤中的干燥均为烘箱干燥，干燥温度为70℃，干燥至含水量低于6.5％。
[0029]本专利技术进一步技术方案中，所述改性后的竹炭在在二氧化碳捕集吸附中的应用。
[0030]本专利技术进一步技术方案中，所述改性后的竹炭在二氧化碳捕集吸附中的应用方
法，将改性竹炭在100℃下于氮气下脱除气体90min，在45
‑
100℃，在以60mL/min的流速的混合气体的中对吸附二氧化碳进行吸附。
[0031]本专利技术进一步技术方案中，上述混合气体体积百分量控制在二氧化碳15vol％，氮气85vol％。
[0032]经由上述的技术方案可知，本专利技术公开提供了竹炭表面改性方法，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:
[0033]1、本专利技术所采用的竹炭可由竹子或其废弃物加工而成，来源广泛且价格低廉。专利技术为竹加工废弃物的资源化提供高附加值的途径。
[0034]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.竹炭表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
①
将市售竹炭粉碎先后用盐酸溶液和去离子水洗涤至上清液澄清，将洗净后的竹炭干燥，获得竹炭颗粒；
②
将获得的竹炭颗粒浸渍在金属盐溶液中超声振荡，去离子水清洗、干燥，再将干燥后的竹炭颗粒和植酸溶液混合置于搅拌容器中进行搅拌，干燥、粉碎，获得浸渍竹炭粉；
③
将获得的浸渍竹炭粉加入氮掺杂成分用氨氮混合蒸汽进行熏蒸，干燥、焙烧，粉碎，获得活化竹炭粉；
④
将获得的活化竹炭粉和甲基二乙醇胺溶液混合搅拌，浸渍、干燥、得到改性竹炭。2.根据权利要求1所述的竹炭表面改性方法，其特征在于：氮掺杂成分为氨基钠，其加入重量为浸渍竹炭粉的3倍；金属盐溶液为质量浓度为1
‑
6％％九水硝酸铝溶液，金属盐溶液和竹炭颗粒重量比为2:1。3.根据权利要求1所述的竹炭表面改性方法，其特征在于：植酸质量浓度为50wt％，植酸和干燥后的竹炭颗粒重量比为2:1。4.根据权利要求1所述的竹炭表面改性方法，其特征在于：氨氮混合蒸汽中，氨气蒸汽量为50mL/min；氮气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祖尧，饶春兰，邓忠盛，张桂兰，
申请(专利权)人：崇义县绿森林竹业有限公司，
类型：发明
国别省市：