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廣東韓研活性炭科技股份有限公司
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閱讀：362發(fā)布時間：2021-11-29
含氮活性炭的制備已經(jīng)受到重視，因為它們在CO 2捕獲和封存(CCS)中的應用，因為活性炭的表面上含有大量的氮原子，并且通過精心控制的炭化可控制孔結構。我們通過使用軟模板輔助自組裝，然后熱分解和活化來報告高表面積多孔含氮活性炭(NAC)。活化過程是在不同的溫度條件(600-800℃)下使用聚亞胺作為前體進行的。發(fā)現(xiàn)韓研出品的一款活性炭具有高比表面積(1900m 2 ?g -1)，所需的微孔尺寸低于1nm，更重要的是具有大的微孔體積(0。98厘米3 ?克-1)?；钚蕴恳诧@示出CO的顯著容量2捕獲即，超過6.25和4.87毫摩爾克-1在1.13巴，這是活性炭值中的一個在273K和298K下分別。此外，NAC也顯示出優(yōu)于N 2的 CO 2的優(yōu)異的分離選擇性。
大氣中二氧化碳含量的不斷增加是個很大的問題，由于其對變暖和氣候變化的影響。因此，不僅要提高公眾意識，還要制定戰(zhàn)略，盡量減少使用化石燃料和資源的發(fā)電廠煙氣的排放。為了盡量減少對環(huán)境的影響，人為CO 2的煙道氣體的燃燒之后排放必須減小。為了實現(xiàn)這一點，在過去的幾十年中，各種固體微孔材料已被用于CO 2捕獲和儲存，例如金屬有機骨架(MOF)，超交聯(lián)聚合物(HCP)，共價有機骨架(COF)，活性炭)，官能化石墨烯，化學改性的中孔材料，等等。其中活性炭由于其可回收性，可用性，易于合成和強大的表面積吸附，已被廣泛應用于二氧化碳捕獲和儲存或通過物理吸附分離的微孔材料。
包括活性炭的微孔材料已被視為主管候選二氧化碳捕獲和儲存在環(huán)境溫度下，由于其大的表面積，高的物理和化學穩(wěn)定性和低密度。為了提高環(huán)境溫度下活性炭對二氧化碳的吸收能力，研究人員增加了表面積并調(diào)節(jié)了適當?shù)目讖?。目前，一些研究人員甚至試圖通過創(chuàng)建特殊的活性位點，如雜原子和不同的有機基團引入到活性炭，以改善在多孔碳和官能團被吸附物之間的相互作用，以增加二氧化碳的吸附能力。
到目前為止，水熱炭化(HTC)是獲得有用的活性炭材料和制備功能多樣的活性炭材料的好方法，物理和化學活化技術已經(jīng)成為制備活性炭的良好方法。在物理活化中，前體材料在高溫下用氣體(CO 2或蒸汽)流化，而在化學活化中，前體首先被浸漬或與化學試劑物理混合，然后在惰性氣氛下在目標溫度下加熱。為了提高活性炭的孔隙率，應考慮許多活化參數(shù)，如碳化溫度，活化劑類型，活化劑與樣品之間的重量比，和炭化的時間在目標溫度下保持等等，所有這些都在活性炭的孔隙發(fā)展自己的意義。但是，尚不清楚哪個因素對控制活性炭孔隙度的影響。
許多類型的合成聚合物已被選為炭源，因為它們含有胺基，例如聚丙烯腈(PAN)，三聚氰胺甲醛樹脂，聚吡咯和聚苯胺。氮已經(jīng)成為研究泛的雜原子之一，優(yōu)化用作超級電容器和氣體吸附和儲存的活性炭材料。含氮碳質(zhì)材料通過兩種主要方法制備：后處理和原位法。在前者中，用含氮化合物如氨，尿素和三聚氰胺處理含活性炭以引入氮官能團。它通常用于生產(chǎn)各種活性炭，如碳納米管，石墨烯和活性炭。在后一種情況下，許多含氮前體直接用作前體以產(chǎn)生氮官能化碳質(zhì)材料，包括聚苯胺(PNI)，聚吡咯(PPy)，三聚氰胺類似物和聚丙烯腈。然而，由于其路易斯酸性和四極動量，迄今為止，很少研究N摻雜多孔材料的CO 2吸附性能。有人研究了多孔聚亞胺作為前體。具有有序三維周期結構的合成分層大孔N摻雜碳(MCN) 。然而，預期CO 2在聚合物中與高極性亞胺官能團強烈相互作用。活性炭的氣體吸附和解吸不僅取決于高比表面積，微孔體積或孔徑，還取決于材料的化學成分和結構特征。為了產(chǎn)生具有高孔隙率和孔徑的活性炭以促進氣體分子的擴散和吸附/解吸，大多數(shù)合成通過使用相當復雜和耗時或使用活化的近似模板的程序來實現(xiàn)，與模板方法相比，這被認為更容易和更便宜。然而，探索一種簡單的合成方法來生產(chǎn)用于CO 2捕獲和儲存的高效多孔材料仍然是一個主要的挑戰(zhàn)。
氮活性炭怎么樣合成
合成氮摻雜多孔活性炭(NAC)的總體方法如圖1所示。在步中，通過苯胺和在DMSO作為溶劑的存在下反應制備亞胺連接的單體。然后，通過Friedel-Crafts反應合成超交聯(lián)聚合物，以產(chǎn)生作為活性炭前體的聚亞胺。NACs樣品在范圍溫度范圍(600-800℃)內(nèi)由聚亞胺碳化制備。通過FE-SEM和HRTEM對NAC的形態(tài)特征進行了表征。隨著熱解溫度的升高，掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示孔隙率增加。NAC由許多空腔和相對均勻的孔和高度相互連接的子空隙組成，指示在激活期間堿性試劑KOH反應后的孔隙率的產(chǎn)生，如圖1所示。2A-C。采用高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)進一步檢測合成微孔NAC的形態(tài)和結構特征。從圖中可以看出。2(D)中，下聚焦圖像上的亮對比度表示孔位置，而暗對比度核顯示空洞。不過，顯然，N-AC的氮吸附/解吸等溫線如圖1所示。。所有等溫線根據(jù)IUPAC分類非常接近于I型吸附。?
可以觀察到相對低壓下的快速N 2攝取(P / P 0 <0.05)，這是微孔材料的典型特征，并且這些活性炭的吸附和解吸等溫線之間沒有有形的滯后回路，這表明它們的超大自然的性質(zhì)從0.01和0.1之間的相對壓力計算的BET表面積和微孔體積值列于表1。NAC-800顯示的BET表面積為1900m 2 ?g -1，總孔體積(Vt)高達0。98厘米3克-1，而BET比表面積，總細孔容積為NAC-700(1719米2克-1，0.85厘米3 ?克-1)和NAC-600(1681米2克-1，0.80厘米3 ?克-1)表明，在升高的溫度下在KOH的存在下熱處理賦予表面粗糙度的碳材料，并導致增加的表面積和孔隙率。對于化學活化，碳樣品的比表面積，總孔體積和微孔體積在較高的活化溫度(800℃)下顯著增加?？讖椒植既鐖D1所示。這些孔僅僅是具有較少介孔(孔隙，2nm)的微孔，高活性樣品NAC-800顯示出少至2nm的中孔。此外，在所有樣品中，大多數(shù)孔隙小于2nm，表明微孔和中孔范圍內(nèi)的孔隙發(fā)育。NAC-800具有相當高的微孔體積，而NAC-700和NAC-600顯示出微孔體積的顯著降低。
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