CN105597709A - 一种吸附co2的碳材料的制备与改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸附CO2的碳材料的制备方法，包括下述步骤：将聚苯乙烯树脂PS或氯甲基聚苯乙烯树脂CMPS放置于小坩埚中，并将小坩埚置于马弗炉中，升温将聚苯乙烯树脂PS或氯甲基聚苯乙烯树脂CMPS碳化后，降温至室温，得到吸附CO2的碳材料。本发明所制备的吸附CO2的碳材料在较低温度和较低CO2压力环境下对CO2具有较好的吸附量，并且制备方法简单，成本较低，具有较好的工业应用前景。

Description

一种吸附CO2的碳材料的制备与改性方法
【技术领域】
本发明涉及CO2吸附材料，具体涉及一种能在较低温度和较低压力环境中高效吸附CO2的碳材料的制备与改性方法。
【背景技术】
近年来，工业废气的排放使大气中二氧化碳(CO2)浓度迅速增加，导致温室效应加剧。因此CO2捕集已成为各国关注焦点。利用固体材料对其进行吸附分离具有CO2吸附量较大，循环吸附性能较好，对设备腐蚀性较低等特点，因此备受关注。
碳材料由于具有较大的CO2吸附量，并且吸附速率较快，吸-脱附温度较低，能耗较小，不易腐蚀设备等特点而受到广泛关注。利用金属离子对其进行改性后，可以提高材料的CO2吸附性能。当CO2分子到达材料表面时，与材料表面形成较强的静电作用，从而达到CO2吸附的目的。
金属离子改性碳材料的性能与金属离子种类、金属离子的量和碳材料的种类等因素有关。碳材料的种类不同时，其CO2吸附性能有较大差别。当材料表面无金属离子时，CO2分子在多孔碳材料表面进行物理堆积，发生物理吸附。利用金属离子改性后，CO2分子与材料表面金属离子之间具有较强的静电作用，使CO2分子更容易与材料接触并发生吸附。同时，由于金属离子的存在，导致碳材料的孔结构发生改变。当材料孔径逐渐接近CO2分子动力学直径时，其CO2吸附量增大，并且选择性增大。因此可以利用不同的碳源在不同的制备方法下制备性能各异的碳材料，并利用金属离子对其进行改性制备具有较好吸附性能的固体吸附剂。
【发明内容】
发明的目的是提供一种具有高效CO2吸附性能的碳材料及其改性材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种吸附CO2的碳材料的制备方法，包括下述步骤：
将聚苯乙烯树脂PS或氯甲基聚苯乙烯树脂CMPS放置于小坩埚中，并将小坩埚置于马弗炉中，升温将聚苯乙烯树脂PS或氯甲基聚苯乙烯树脂CMPS碳化后，降温至室温，得到吸附CO2的碳材料。
上述制备方法中，所述升温速率为2～6℃·min-1。
上述制备方法中，所述降温速率为2～6℃·min-1。
上述制备方法中，所述升温速率为2～6℃·min-1，所述降温速率为2～6℃·min-1。
上述制备方法中，所述碳化方法为升温至400℃后保持2～6h，再升温至500℃保持2～6h，最后升温至600℃保持2～6h，所述升温速率为2～6℃·min-1，所述降温速率为2～6℃·min-1。
本发明还提供一种对上述制备的吸附CO2的碳材料进行金属离子改性的方法，包括下述步骤：将硝酸盐和所制备的吸附CO2的碳材料置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水进行搅拌溶解，然后置于均相反应器中进行水热处理，制得金属离子改性的吸附CO2的碳材料。
上述改性方法中，所述硝酸盐是硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁或硝酸钙。
上述改性方法中，所述硝酸盐与吸附CO2的碳材料的质量比为[1～3]∶1。
上述改性方法中，所述均相反应器进行水热处理时的旋转速度为10～30r·min-1。
上述改性方法中，所述水热处理的温度为120～160℃，处理时间为24～48h。
根据实验结果，本发明所提供的金属离子改性碳材料，在较低温度和低压环境中，具有CO2吸附容量较大、吸附-脱附温度较低等特点，该方法解决了常见的CO2低压吸附量小、脱附温度较高等不足，有良好的工业应用前景。
【附图简要说明】
图1所示为本发明实施例1制得的碳材料对CO2吸附的穿透曲线图。
【具体实施方式】
碳材料的制备：
制备例1
a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以2℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持2h，然后以相同速率升温至500℃，保持2h，最后以相同速率升温至600℃，保持2h；
c.以2℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
制备例2
a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以4℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持4h，然后以相同速率升温至500℃，保持4h，最后以相同速率升温至600℃，保持4h；
c.以4℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
制备例3
a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以6℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持6h，然后以相同速率升温至500℃，保持6h，最后以相同速率升温至600℃，保持6h；
c.以6℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
制备例4
a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以2℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持2h，然后以相同速率升温至500℃，保持4h，最后以相同速率升温至600℃，保持6h；
c.以2℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
制备例5
a.将3g聚苯乙烯树脂(PS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以6℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持6h，然后以相同速率升温至500℃，保持4h，最后以相同速率升温至600℃，保持2h；
c.以6℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料PS-C。
制备例6
a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以2℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持2h，然后以相同速率升温至500℃，保持2h，最后以相同速率升温至600℃，保持2h；
c.以2℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
制备例7
a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以4℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持4h，然后以相同速率升温至500℃，保持4h，最后以相同速率升温至600℃，保持4h；
c.以4℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
制备例8
a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以6℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持6h，然后以相同速率升温至500℃，保持6h，最后以相同速率升温至600℃，保持6h；
c.以6℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
制备例9
a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以2℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持2h，然后以相同速率升温至500℃，保持4h，最后以相同速率升温至600℃，保持6h；
c.以2℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
制备例10
a.将3g氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)置于小坩埚中，并将其置于马弗炉中；
b.以6℃·min-1的升温速率升温至400℃，保持6h，然后以相同速率升温至500℃，保持4h，最后以相同速率升温至600℃，保持2h；
c.以6℃·min-1的降温速率降温至室温，得到碳材料CMPS-C。
金属离子改性碳材料的制备：
制备例11
a.分别取制备例1中所制备的PS-C和硝酸锂，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸锂和PS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸锂和PS-C的质量比分别为1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸锂和PS-C的质量比不同的5种浑浊液分别置于120℃均相反应器中，调节转速为10r·min-1，进行水热处理48h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸锂和PS-C的质量比不同的5种改性材料PS-C(Li)。
制备例12
a.分别取制备例2中所制备的PS-C和硝酸钠，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸钠和PS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸钠和PS-C的质量比分别为1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸钠和PS-C的质量比不同的5种浑浊液置于140℃均相反应器中，调节转速为15r·min-1，进行水热处理36h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸钠和PS-C的质量比不同的5种改性材料PS-C(Na)。
制备例13
a.分别取制备例3中所制备的PS-C和硝酸钾，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸钾和PS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸钾和PS-C的质量比分别为1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1，和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸钾和PS-C的质量比不同的5种浑浊液置于160℃均相反应器中，调节转速为20r·min-1，进行水热处理24h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸钾和PS-C的质量比不同的5种改性材料PS-C(K)。
制备例14
a.分别取制备例4中所制备的PS-C和硝酸镁，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸镁和PS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸镁和PS-C的质量比分别为1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1，和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸镁和PS-C的质量比不同的5种浑浊液置于160℃均相反应器中，调节转速为25r·min-1，进行水热处理36h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸镁和PS-C的质量比不同的5种改性材料PS-C(Mg)。
制备例15
a.分别取制备例5中所制备的PS-C和硝酸钙，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸钙和PS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸钙和PS-C的质量比分别为1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1，和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸钙和PS-C的质量比不同的5种浑浊液置于160℃均相反应器中，调节转速为30r·min-1，进行水热处理48h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸钙和PS-C的质量比不同的5种改性材料PS-C(Ca)。
制备例16
a.分别取制备例6中所制备的CMPS-C和硝酸锂，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸锂和CMPS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸锂和CMPS-C的质量比分别为1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1，和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸锂和CMPS-C的质量比不同的5种浑浊液置于120℃均相反应器中，调节转速为10r·min-1，进行水热处理48h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸锂和CMPS-C的质量比不同的5种改性材料CMPS-C(Li)。
制备例17
a.分别取制备例7中所制备的CMPS-C和硝酸钠，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸钠和CMPS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸钠和CMPS-C的质量比分别为1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1，和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸钠和CMPS-C的质量比不同的5种浑浊液置于140℃均相反应器中，调节转速为15r·min-1，进行水热处理36h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸钠和CMPS-C的质量比不同的5种改性材料CMPS-C(Na)。
制备例18
a.分别取制备例8中所制备的CMPS-C和硝酸钾，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸钾和CMPS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸钾和CMPS-C的质量比分别为1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1，和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸钾和CMPS-C的质量比不同的5种浑浊液置于160℃均相反应器中，调节转速为20r·min-1，进行水热处理24h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸钾和CMPS-C的质量比不同的5种改性材料CMPS-C(K)。
制备例19
a.分别取制备例9中所制备的CMPS-C和硝酸镁，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸镁和CMPS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸镁和CMPS-C的质量比分别为1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1，和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸镁和CMPS-C的质量比不同的5种浑浊液置于160℃均相反应器中，调节转速为25r·min-1，进行水热处理36h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸镁和CMPS-C的质量比不同的5种改性材料CMPS-C(Mg)。
制备例20
a.分别取制备例10中所制备的CMPS-C和硝酸钙，置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水，搅拌溶解。重复上述操作，得到5份硝酸钙和CMPS-C的质量比不同的浑浊液。其中，硝酸钙和CMPS-C的质量比分别为1∶1，1.5∶1，2∶1，2.5∶1，和3∶1。
b.分别将a步骤中所得硝酸钙和CMPS-C的质量比不同的5种浑浊液置于160℃均相反应器中，调节转速为30r·min-1，进行水热处理48h，将所得产物进行离心，干燥，得到硝酸钙和CMPS-C的质量比不同的5种改性材料CMPS-C(Ca)。
碳材料及其改性材料的CO 2 吸附测定
实施例1
取适量的通过制备例1制备的碳材料PS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料PS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得PS-C的CO2吸附穿透曲线如图1所示。
实施例2
取适量的通过制备例2制备的碳材料PS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料PS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得PS-C的CO2吸附穿透曲线与图1相似。
实施例3
取适量的通过制备例3制备的碳材料PS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料PS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得PS-C的CO2吸附穿透曲线与图1相似。
实施例4
取适量的通过制备例4制备的碳材料PS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料PS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得PS-C的CO2吸附穿透曲线与图1相似。
实施例5
取适量的通过制备例5制备的碳材料PS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料PS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得PS-C的CO2吸附穿透曲线与图1相似。
实施例6
取适量的通过制备例6制备的碳材料CMPS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料CMPS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得CMPS-C的CO2吸附穿透曲线与图1相似。
实施例7
取适量的通过制备例7制备的碳材料CMPS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料CMPS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得CMPS-C的CO2吸附穿透曲线与图1相似。
实施例8
取适量的通过制备例8制备的碳材料CMPS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料CMPS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得CMPS-C的CO2吸附穿透曲线与图1相似。
实施例9
取适量的通过制备例9制备的碳材料CMPS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料CMPS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得CMPS-C的CO2吸附穿透曲线与图1相似。
实施例10
取适量的通过制备例10制备的碳材料CMPS-C，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫碳材料CMPS-C表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min，所得CMPS-C的CO2吸附穿透曲线与图1相似。
实施例11
分别取适量的通过制备例11制备的金属离子改性碳材料PS-C(Li)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料PS-C(Li)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料PS-C(Li)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例1中碳材料PS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
实施例12
分别取适量的通过制备例12制备的金属离子改性碳材料PS-C(Na)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料PS-C(Na)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料PS-C(Na)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例2中碳材料PS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
实施例13
分别取适量的通过制备例13制备的金属离子改性碳材料PS-C(K)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料PS-C(K)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料PS-C(K)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例3中碳材料PS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
实施例14
分别取适量的通过制备例14制备的金属离子改性碳材料PS-C(Mg)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料PS-C(Mg)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料PS-C(Mg)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例4中碳材料PS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
实施例15
分别取适量的通过制备例15制备的金属离子改性碳材料PS-C(Ca)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料PS-C(Ca)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料PS-C(Ca)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例5中碳材料PS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
实施例16
分别取适量的通过制备例16制备的金属离子改性碳材料CMPS-C(Li)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料CMPS-C(Li)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料CMPS-C(Li)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例6中碳材料CMPS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
实施例17
分别取适量的通过制备例17制备的金属离子改性碳材料CMPS-C(Na)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料CMPS-C(Na)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料CMPS-C(Na)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例7中碳材料CMPS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
实施例18
分别取适量的通过制备例18制备的金属离子改性碳材料CMPS-C(K)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料CMPS-C(K)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料CMPS-C(K)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例8中碳材料CMPS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
实施例19
分别取适量的通过制备例19制备的金属离子改性碳材料CMPS-C(Mg)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料CMPS-C(Mg)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料CMPS-C(Mg)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例9中碳材料CMPS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
实施例20
分别取适量的通过制备例20制备的金属离子改性碳材料CMPS-C(Ca)，置于AutoChemII2920的U型管内，通入高纯Ar吹扫金属离子改性碳材料CMPS-C(Ca)表面，同时升温至100℃，保持60min后，降温至50℃；
通入5％CO2-He气体，气体压力为0.2MPa，气体流量为10ml·min-1，保持10min，5％CO2-He气体中的CO2体积百分数为5％，He体积百分数为95％；
通入高纯Ar，同时升温至100℃，保持60min。
金属离子改性碳材料CMPS-C(Ca)的CO2吸附可在10min内达到饱和，并且与制备例10中碳材料CMPS-C吸附量相比，吸附量明显增大，介于2.5-4mmolg-1之间。
为了进一步说明本发明中金属-有机骨架材料的优越性，选用以下吸附剂作为对比例。
比较例1
40℃时，将80.2g聚氧乙烯聚氧丙烯醚P123溶于2000ml去离子水和400ml浓盐酸中，加入170g正硅酸四乙酯(TEOS)，40℃搅拌16h。停止搅拌，将温度升高至92℃，保持18h，得到白色固体。将所得固体用大量去离子水洗涤，干燥。将干燥后所得固体置于550℃马弗炉中焙烧6h，得到分子筛SBA-15。
取10g制备的SBA-15溶于150ml甲苯与3.2ml去离子水的混合溶液中，搅拌1h。加入10ml乙二胺，升温，回流4h，加入甲醇和去离子水，进行蒸馏。蒸馏完毕后，将混合液降温到室温，过滤，将所得固体用异丙醇洗涤后，干燥，制得乙二胺改性的分子筛材料，备用。
由此乙二胺改性分子筛材料的CO2吸附实验结果得知，温度为298K，CO2浓度为15％时，吸附量为0.46mmol·g-1。纯CO2环境中，CO2压力为1atm，温度为295K时，CO2吸附量约为2mmol·g-1。
比较例2
将2g石墨和17.5g次氯酸钠溶于40ml发烟硝酸中，室温搅拌24h，将所得固体物质用大量去离子水进行洗涤后，60℃过夜干燥，得到氧化石墨(GO)，备用。
将200mg制备的GO分散于200ml去离子水后，将3-氨丙基-四乙氧基硅烷(2ml)加入其中，超声1h。将所得溶液回流24h。将所得产物用去离子水进行洗涤、离心、60℃过夜干燥，得到有机胺改性的氧化石墨GA-W，备用。
由该氧化石墨GO及其改性材料GA-W的CO2吸附实验结果可知，温度为303K时，CO2吸附量分别为0.074和1.64mmol·g-1。

Claims (10)

1.一种吸附CO2的碳材料的制备方法，包括下述步骤：将聚苯乙烯树脂PS或氯甲基聚苯乙烯树脂CMPS放置于小坩埚中，并将小坩埚置于马弗炉中，升温将聚苯乙烯树脂PS或氯甲基聚苯乙烯树脂CMPS碳化后，降温至室温，得到吸附CO2的碳材料。
2.根据权利要求1所述的吸附CO2的碳材料的制备方法，其特征在于，所述升温速率为2～6℃·min-1。
3.根据权利要求1所述的吸附CO2的碳材料的制备方法，其特征在于，所述降温速率为2～6℃·min-1。
4.根据权利要求1所述的吸附CO2的碳材料的制备方法，其特征在于，所述升温速率为2～6℃·min-1，所述降温速率为2～6℃·min-1。
5.根据权利要求1所述的吸附CO2的碳材料的制备方法，其特征在于，升温至400℃后保持2～6h，再升温至500℃保持2～6h，最后升温至600℃保持2～6h，所述升温速率为2～6℃·min-1，所述降温速率为2～6℃·min-1。
6.一种对根据权利要求1-5任一项所述吸附CO2的碳材料的制备方法制备的吸附CO2的碳材料进行金属离子改性的方法，包括下述步骤：将硝酸盐和所制备的吸附CO2的碳材料置于聚四氟乙烯内衬中，加入去离子水进行搅拌溶解，然后置于均相反应器中进行水热处理，制得金属离子改性的吸附CO2的碳材料。
7.根据权利要求6所述的对根据权利要求1-5任意一项所述吸附CO2的碳材料的制备方法制备的吸附CO2的碳材料进行金属离子改性的方法，其特征在于，所述硝酸盐是硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁或硝酸钙。
8.根据权利要求6所述的对根据权利要求1-5任意一项所述吸附CO2的碳材料的制备方法制备的吸附CO2的碳材料进行金属离子改性的方法，其特征在于，所述硝酸盐与吸附CO2的碳材料的质量比为[1～3]∶1。
9.根据权利要求6所述的对根据权利要求1-5任意一项所述吸附CO2的碳材料的制备方法制备的吸附CO2的碳材料进行金属离子改性的方法，其特征在于，所述均相反应器进行水热处理时的旋转速度为10～30r.min-1。
10.根据权利要求6所述的对根据权利要求1-5任意一项所述吸附CO2的碳材料的制备方法制备的吸附CO2的碳材料进行金属离子改性的方法，其特征在于，所述水热处理的温度为120～160℃，处理时间为24～48h。
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