【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳材料，具体涉及一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法。
技术介绍
1、目前，由于碳材料具备良好的微介孔性、疏水性、抗腐蚀性和表面化学等特性而被用于烟气中co2捕集，烟气中因其具有大量水分，而影响co2吸附性能。
2、随着研究不断深入，对碳材料的吸附性能要求越来越高，碳材料的表面化学性质取决于杂原子的存在，如o、n和s等。这些杂原子以酸性、碱性或中性有机官能团的形式存在，可以通过在其结构中引入碱性官能团进而改变碳材料的孔隙结构，混合物中的微孔活性炭和煤基碳纳米管构建微介孔复合材料。增加碳材料梯级孔结构，表面引入碱性基团，利于捕获酸性气体co2，进而提高二氧化碳的吸附性能。
3、中国专利cn202011202081.5公开了一种n、s共掺杂多孔碳包覆碳纳米管的双功能氧电极催化剂及制备方法，属于能源材料及电化学
首先，将多硫化物前体分散于溶剂后转移到反应容器中，在50～300℃下反应得到多硫化物前驱体材料。其次，制备n、s共掺杂多孔碳包覆cnt催化剂的前驱体。
4、中国专利201710258088.0公开了一种co/n/s掺杂的多孔碳纳米管及其制备方法，是以含有前驱物的聚丙烯腈纤维薄膜为模板，通过溶液反应法，获得聚丙烯清@bmzif纤维薄膜;通过一系列表面处理，获得bmzif@pda/s纳米管，对bmzif@pda/s纳米管进行煅烧，得到co/n/s掺杂的多孔碳纳米管。该专利虽然制备出了具有一定高比表面积的多孔碳纳米管，但是并没有从超微孔含量方面进行控制。p>
5、中国专利cn202210208344.6公开了一种掺氮的碳纳米管材料的制备用于二氧化碳吸附，该方法是将碳材料在酸性体系下，用离子体进行改性，从而提高微孔率，提升二氧化碳的吸附性能。
6、中国专利cn202010448273.8公开了一种利用高硫高纳制备碳纳米管的方法，是以煤中高硫铁矿中的铁和钠作为碳纳米管生成的催化剂，钠催化煤基碳纳米管的同时也可以给煤进行开孔，得到了对硫具有吸附能力的碳纳米管。该专利虽然在高温碱催化下生成一定比表面积和孔径，但是并不能调节超微孔含量。
7、从目前已公开的文献可以看出，通过煤热解法制备活性炭基碳纳米管，在此过程中来调节煤基碳纳米管的微介孔与微孔含量，从而提高二氧化碳吸附性能的方法是没有的。因此，急需一种制备具有更高比表面积，疏水性良好，具有高为介孔比率，具有良好二氧化碳吸附性能的碳纳米管材料制备方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，本专利技术通过掺氮增强多孔碳的表面极性和表面碱性，有效提高了二氧化碳的吸附能力。同时，本专利技术采用koh和尿素以及硫脲采用二次活化改性的方式，调节复合材料中碳纳米管的结构和复合材料的孔隙率，制备出了具有高比表面积，同时结构富含高微孔和介孔的碳纳米管复合材料，具有良好的疏水性，以及对二氧化碳有稳定且良好的吸附性。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，包括如下步骤：
4、第一步，选取烟煤，进行破碎和筛分，得到煤粉a；
5、第二步，选用第一步得到的煤粉a，往煤粉a添加活化和催化剂b，经过浸渍法进行第一次活化，得到混合物c；
6、第三步，将第二步得到的混合物c放置在密封的不锈钢反应容器中，升温到440-460℃，并在440-460℃停留进行活化扩孔，然后以相同的加热速率加热至880℃-920℃，到达温度后恒温1-3 h，完成了混合物c的活性炭活化和碳纳米管催化过程，得到煤基纳米管d；
7、第四步，将第三步中得到的煤基碳纳米管d降至室温，酸洗煤基碳纳米管d直至ph为6.5-7.5，用去离子水反复洗涤，并进行抽滤，然后在100-110℃下干燥12h，最终得到具有疏水功能的煤基碳纳米管e；
8、第五步，将第四步得到的煤基碳纳米管e，添加二次活化剂f，进行第二次活化，根据微介孔调节活化过程，重复进行此步骤，直到最终得到具有超微孔含量的疏水性的梯级孔二氧化碳吸附材料。
9、进一步地，第一步中所述烟煤包括长焰煤，煤粉a经过80目筛子筛分得到粒径小于0.2 mm。
10、进一步地，第二步中所述活化和催化剂b由氢氧化钾和尿素组成，氢氧化钾和尿素的质量比为1-3：1，第一次活化过程为活化和催化剂b与煤粉a进行活化，活化和催化剂b与煤粉a的质量比为1-3∶1。
11、进一步地，第三步中所述混合物c的升温速率为3-10℃/min，在440-460℃停留时间为1-5h，得到的煤基碳纳米管d的质量分数为5-10 wt%。
12、进一步地，第四步中所述酸洗溶剂为1 mol/l的盐酸，ph的范围为6.5-7.5。
13、进一步地，第五步中所述二次活化剂f由氢氧化钾和硫脲组成，其质量之比为1-3∶1，所述二次活化剂f与煤基碳纳米管e的质量比为1-2∶1。
14、进一步地，第五步中制得的具有超微孔含量的疏水性的梯级孔二氧化碳吸附材料，其超微孔含量占总孔总量介于0.79~0.83之间。
15、进一步地，所述第五步中制得的具有超微孔的疏水性的梯级孔二氧化碳吸附材料，其与液体的接触角为46-93°。
16、进一步地，第五步中所述第二次活化的温度为550-650℃，时间为1.5-2.5 h。
17、本专利技术利用n、s共掺杂来活化基底，提高催化剂分散程度，增加碳纳米管产量，提高超微孔的孔含量，最终用于co2吸附性能。
18、本专利技术用煤为原料，通过二次活化得到活性炭为基底表面生长碳纳米管的多孔材料，同时，更深入的调整了多孔结构中的超微孔和介孔含量，使其对二氧化碳吸附性能有更深刻的影响。
19、本专利技术以煤为原料制备具有体积孔结构的活性炭基碳纳米管，活性炭发达的超微孔结构可以为co2提供容纳空间，相邻孔壁的电场电位重叠可以使孔结构之间的相互作用更强，有利于co2捕获；以碳纳米管为主的较小介孔能促进co2的快速扩散，有利于减小分子的扩散阻力，缩短扩散通路。
20、本专利技术不仅通过碱催化扩孔，并且引进了氮、硫元素增强多孔碳的表面极性和表面碱性，调节煤基碳纳米管超微孔含量，有效提高了二氧化碳吸附能力。
21、本专利技术利用制备的碳纳米管梯级孔材料进行吸附，表面碳纳米管含量的提高促进材料疏水性能提升。提高表面碳纳米管的含量能显著提高疏水性，当碳纳米管含量从0提升到8-10wt%时，润湿角从35°增加到46°，如果增加到20wt%以上，润湿角可以达到60°以上。
22、本专利技术的有益效果如下：
23、本专利技术通过用koh和尿素共同热解，制备出具有分层多孔结构的n、o共掺杂碳纳米管梯级孔复合材料。氮氧的掺杂提高碳材料的表面碱度和表面极性，增强二氧化碳的亲和力使得所制备的碳纳米管具有丰富的微孔结构，其微介孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：第一步中所述烟煤包括长焰煤，煤粉A经过80目筛子筛分得到粒径小于0.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：第二步中所述活化和催化剂B由氢氧化钾和尿素组成，氢氧化钾和尿素的质量比为1-3：1，第一次活化过程为活化和催化剂B与煤粉A进行活化，活化和催化剂B与煤粉A的质量比为1-3∶1。
4.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：第三步中所述混合物C的升温速率为3-10℃/min，在440-460℃停留时间为1-5h，得到的煤基碳纳米管D的质量分数为5-10 wt%。
5.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：第四步中所述酸洗溶剂为1 mol/L的盐酸，pH的范围为6.5-7.5。
6.根
7.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：第五步中制得的具有超微孔含量的疏水性的梯级孔二氧化碳吸附材料，其超微孔含量占总孔总量介于0.79~0.83之间。
8.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：所述第五步中制得的具有超微孔的疏水性的梯级孔二氧化碳吸附材料，其与液体的接触角为46-93°。
9.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：第五步中所述第二次活化的温度为550-650℃，时间为1.5-2.5 h。
...【技术特征摘要】
1.一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：第一步中所述烟煤包括长焰煤，煤粉a经过80目筛子筛分得到粒径小于0.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：第二步中所述活化和催化剂b由氢氧化钾和尿素组成，氢氧化钾和尿素的质量比为1-3：1，第一次活化过程为活化和催化剂b与煤粉a进行活化，活化和催化剂b与煤粉a的质量比为1-3∶1。
4.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：第三步中所述混合物c的升温速率为3-10℃/min，在440-460℃停留时间为1-5h，得到的煤基碳纳米管d的质量分数为5-10 wt%。
5.根据权利要求1所述的一种催化煤热解的制备疏水性梯级孔二氧化碳吸附材料的方法，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：张传芳，王影，刘俊，张国杰，汤孟菲，赵钰琼，原靖超，安飞宇，杜昕宇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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