一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法，主要生物质原料为太湖蓝藻和花生壳，利用太湖蓝藻和木质素、纤维素丰富的花生壳原料，将其经过铁氧化物(硝酸铁)改性后制备得到具有高效CO2吸附性能的生物炭复合材料，可以同时实现有机废弃物高值化利用和基于CCUS的CO2高效选择性吸附，该CO2吸附材料在氦气气氛下高温再生后可再次用于吸附二氧化碳，从而有助于降低原材料使用成本和提高CO2吸附效率。吸附效率。吸附效率。

【技术实现步骤摘要】
一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及二氧化碳捕集、利用与封存与有机废弃物高值化利用
，具体为一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在过去十年中，各种化石燃料燃烧后排放到大气中的CO2以每年2.7％的速度增长。其中，被利用的CO2不足0.5％，这不仅造成了CO2资源的浪费，更加剧了全球变暖问题。由此，控制二氧化碳排放量，并对已排放的二氧化碳进行回收、固定、利用及其资源化，已引起各界的高度重视。
[0003]作为由生物质热裂解后产生的高度芳香化的碳材料，近年来不断有研究表明生物质炭对CO2的具有较好的吸附性能。这是由于除了其表面的多孔结构外，生物质炭还具有丰富的含氧、含氮官能团以及Fe等矿物质，而这些结构/组分均可影响生物炭材料对CO2的吸附。
[0004]为进一步提高生物炭材料对CO2的吸附能力，研究人员通常会采用强氧化剂如硝酸等在碳基材料上引入含氧官能团，或利用碳多孔材料与含氮化合物(如尿素等)在高温下实现外源含氮基团掺杂，进而丰富碳材料表面的CO2吸附位点。此外，由于CO2分子被归类为路易斯酸，因此还可以通过使用各种金属的氧化物如铜、铁等对生物炭进行改性赋予其表面以碱性，从而提高生物炭复合材料对CO2的选择性吸收。然而，化学药剂的强氧化性、酸性不仅会破坏碳材料的内部结构，还会造成生物炭材料生产设备的腐蚀和环境污染。
[0005]因此，采用氮含量丰富的生物质材料为前驱体，通过原位N
‑
自掺杂的方式制备多孔碳材料，同时采用硝酸铁Fe(NO3)3·
9H2O进行氧化改性以进一步提高CO2吸附量。这类改性后的生物炭材料不仅增强了其对CO2的吸附能力，避免了大量化学试剂的使用，更可节省材料制备的原料和设备使用成本。
[0006]作为一种氮含量丰富的有机废弃物，近年来太湖蓝藻主要为铜绿微囊藻，打捞量均维持在150
‑
200万吨/年左右；花生壳的主要成分则是木质素和纤维素，且富含氮、磷、铁等元素，是制取碳材料的良好生物质原料。与填埋、堆肥、焚烧，厌氧消化等减量化、无害化和资源化途径相比，将蓝藻和花生壳经过高温热裂解和金属氧化物改性后制成可用于吸附CO2的生物炭复合材料，不仅可以实现蓝藻的高值化利用，更可助推CO2的CCUS进程。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法，以解决上述
技术介绍
提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法，主要生物质原料为太湖蓝藻和花生壳，具体制作步骤为：
[0009]S1.首先将太湖蓝藻晾干，将晾干的太湖蓝藻和花生壳干燥；
[0010]S2.将花生壳和太湖蓝藻分别打碎并过筛后混合，然后在真空管式炉内进行热裂
解；
[0011]S3.热裂解后先用盐酸进行淋洗进行去杂质，再用去离子水进行冲洗调节pH值，再置入烘箱中干燥过夜，干燥后过目筛后即为蓝藻
‑
花生壳生物炭；
[0012]S4.将蓝藻
‑
花生壳生物炭浸入硝酸铁或氯化铁溶液中搅拌，搅拌后在使用氨水调节溶液pH形成悬浮液，将上述悬浮液置于烤箱中蒸发，再将剩余样品煅烧，随后置入真空干燥箱中进行干燥，得到改性的生物炭复合材料；
[0013]S5.将改性生物炭材料分别填入两组固定床填充柱内，将CO2和N2的混合气体分别通入两组填充柱并在出气口检测CO2浓度，比对CO2吸附量优选出用以改性生物炭的铁盐，同时在高温下采用惰性气体吹扫进行脱附，填充柱脱附后重新用于混合气体中CO2吸附。
[0014]进一步的，在S1中，将太湖蓝藻用300
‑
500目的滤布进行藻水分离后晾干，再将晾干的蓝藻和花生壳分别置于85
‑
105℃中干燥12
‑
24h。
[0015]更进一步的，在S2中，打碎机主轴转速2000
‑
3000r/min，打碎后的花生壳和蓝藻分别过60
‑
100目筛后以1:1
‑
1:5质量比混合，然后置于真空管式炉中在氮气温度为400
‑
1000℃的气氛下进行热裂解2
‑
4h。
[0016]更进一步的，在S3中，热裂解后用浓度为0.6
‑
1.2mol/L的盐酸淋洗以去除其中的灰分和热解过程中产生的钾盐，然后用去离子水冲洗，直至冲洗水的pH为6.8
‑
7.2，再将上述样品置于105℃烘箱中干燥过夜，干燥后的样品过80
‑
120目筛即为蓝藻
‑
花生壳生物炭。
[0017]更进一步的，在S4中，蓝藻
‑
花生壳生物炭浸入20％
‑
40％硝酸铁或氯化铁溶液中，200
‑
500rpm搅拌1.5
‑
2.5h后，用5
‑
10％的氨水调节溶液pH为8.5
‑
9.5时，将上述悬浮液置于50
‑
90℃烘箱中蒸发2
‑
4h，再将剩余样品200
‑
400℃中煅烧1.5
‑
2.5h，随后置于50
‑
90℃真空干燥箱中干燥8
‑
12h，得到改性的生物炭复合材料。
[0018]更进一步的，在S5中，将0.2
‑
2g改性生物炭材料分别填入直径和高度分别为0.5
‑
1.5cm和10
‑
50cm的固定床填充柱内，将浓度为5
‑
15％的CO2和浓度为95
‑
85％的N2混合气体通入两种不同填充柱并在出气口检测CO2浓度，通过比对CO2吸附量从而优选出用以改性生物炭的铁盐；同时，在90
‑
120℃下采用氦气以吹扫10
‑
20min进行脱附，填充柱经脱附后重新用于混合气体中CO2吸附。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1.本专利技术通过协同资源化回用氮含量丰富的太湖蓝藻和木质素、纤维素丰富的花生壳原料，将其经过硝酸铁改性后制备得到具有高效CO2吸附性能的生物炭复合材料，可以同时实现有机废弃物高值化利用和基于CCUS的CO2高效选择性吸附，且该CO2吸附材料在氦气气氛下高温再生后可再次用于吸附二氧化碳，从而有助于降低原材料使用成本和提高CO2吸附效率
附图说明
[0021]图1为本专利技术三种不同制备方法生物炭材料扫描电镜图谱；
[0022]图2为本专利技术三种不同制备方法获得的生物炭材料能谱图；
[0023]图3为本专利技术中生物炭复合材料进行CO2吸脱附过程的示意图；
具体实施方式
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法，其特征在于，主要生物质原料为太湖蓝藻和花生壳，具体制作步骤为：S1.首先将太湖蓝藻晾干，将晾干的太湖蓝藻和花生壳干燥；S2.将花生壳和太湖蓝藻分别打碎并过筛后混合，然后在真空管式炉内进行热裂解；S3.热裂解后先用盐酸进行淋洗进行去杂质，再用去离子水进行冲洗调节pH值，再置入烘箱中干燥过夜，干燥后过目筛后即为蓝藻
‑
花生壳生物炭；S4.将蓝藻
‑
花生壳生物炭浸入硝酸铁或氯化铁溶液中搅拌，搅拌后在使用氨水调节溶液pH形成悬浮液，将上述悬浮液置于烤箱中蒸发，再将剩余样品煅烧，随后置入真空干燥箱中进行干燥，得到改性的生物炭复合材料；S5.将改性生物炭材料分别填入两组固定床填充柱内，将CO2和N2的混合气体分别通入两组填充柱并在出气口检测CO2浓度，比对CO2吸附量优选出用以改性生物炭的铁盐，同时在高温下采用惰性气体吹扫进行脱附，填充柱脱附后重新用于混合气体中CO2吸附。2.根据权利要求1所述的一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法，其特征在于，在S1中，将太湖蓝藻用300
‑
500目的滤布进行藻水分离后晾干，再将晾干的蓝藻和花生壳分别置于85
‑
105℃中干燥12
‑
24h。3.根据权利要求2所述的一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法，其特征在于，在S2中，打碎机主轴转速2000
‑
3000r/min，打碎后的花生壳和蓝藻分别过60
‑
100目筛后以1:1
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1:5质量比混合，然后置于真空管式炉中在氮气温度为400
‑
1000℃的气氛下进行热裂解2
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4h。4.根据权利要求3所述的一种改性生物炭基CO2高效选择性吸附材料及其制备方法，其特征在于，在S3中，热裂解后用浓度为0.6
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【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，严群，王赫，范国纲，王莉，王海燕，
申请(专利权)人：江苏鸿祺生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：