稻壳碳质高效二氧化碳吸附剂的制备原理及方法

The use of metallic compounds-loaded carbon materials for adsorbing CO2 is an important technology for capturing greenhouse gases with low energy and high selectivity. However, the low CO2 adsorption capacities of these materials have severely limited their application potential and market competitiveness. To overcome this defect and reduce preparation costs, in this program, research was conducted on principles and methods for preparing efficient carbon CO2 adsorbents by immobilizing composite metallic compounds onto porous carbons successfully made from rice husk carbon components in our preliminary research. The research mainly involves: (1) studying effects of composite metallic compound compositions on CO2 adsorpion performance of rice husk carbon adsorbents, mechanisms and methods for regulating physical and chemical properties (PCP) like pore structure, surface chemical composition and loading, and correlation of PCP with CO2 adsorption performance based on preparation experiments, adsorption tests and characteriaztion experiments, and (2)exploring the optimum method for preparing efficient rice husk carbon CO2 adsorbents by optimization experiments based on the aforementioned preparation principles. The successful conduction of this study is significant for production of efficient carbon CO2 adsorbents and high value-added utilization of rice husk.

采用负载金属化合物的碳质材料吸附CO2，是实现温室气体低能耗、高选择性捕集的重要技术之一。然而，该类吸附剂CO2吸附量低，制约着其应用前景及市场竞争力。为克服该缺点，同时降低吸附剂的制备成本，本项目以前期研究中用稻壳碳质组分成功制备的多孔炭为载体，以复合金属化合物为活性组分，研究负载型高效碳质CO2吸附剂的制备原理及方法。主要研究内容为：（1）通过制备实验、吸附测试及表征实验，研究复合金属化合物构成对稻壳多孔炭CO2吸附性能的作用规律，吸附剂理化性质（孔结构、表面化学组成、负载量等）的调控机制与调控方法，以及吸附剂理化性质与CO2吸附性能的关联机制；（2）在上述制备原理的基础上，开展优化实验，探索稻壳碳质高效CO2吸附剂的最佳制备方法。本项目的成功实施，对碳质高效CO2吸附剂的研制及稻壳的高值化利用均具有重要意义。

采用负载金属化合物的碳质材料吸附 CO2，是实现温室气体低能耗、高选择性捕集的重要技术之一。然而，该类吸附剂 CO2 吸附量低，制约着其应用前景及市场竞争力。为克服该缺点，同时降低吸附剂的制备成本，本项目开展了以稻壳炭制备高效CO2吸附剂的研究。首先，我们利用CO2活化-碱液沸煮工艺，研究了稻壳活性炭中孔的调控方法；接着，利用中孔率不同的活性炭负载金属化合物，研究负载金属化合物对活性炭CO2吸附性能的影响规律；其后，研究了活性炭孔结构的调控机制及其与CO2吸附性能的关联规律。研究发现：（1）采用各种中孔率的活性炭负载不同金属化合物，均难以大幅提高活性炭的常压CO2吸附性能，说明负载改性不是提高该吸附性能的有效手段；（2）活性炭的常压CO2吸附性能与其窄微孔（<1nm）孔结构关系密切，窄微孔孔容较大的活性炭，常压吸附量较高，表明孔结构调控是提升常压CO2吸附性能的关键途径；（3）活性炭窄微孔孔容受碱炭比、活化温度的影响较大，采用较低的碱炭比（1-2）、中等活化温度（650℃），有利于制备窄微孔发达的活性炭；（4）在优化条件下制得的活性炭，对CO2的常温常压吸附量（>4mmol/g）超过了本项目的预定目标（>2mmol/g）及国内外诸多同类材料的吸附量，且展现出优异的循环吸脱附特性、良好的CO2/ N2吸附选择性、较快的吸附速率。在本项目的资助下，项目组成员申请发明专利3项，发表SCI/EI论文12篇，其中，SCI期刊论文7篇。本项目的研究成果可为碳质吸附剂的制备及常压CO2吸附性能提升提供技术支持。