CN111905692A - 一种有机发酵耦合co2活化制备半焦基碳吸附材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种半焦基碳吸附材料及其制备方法，主要解决了半焦活化难度大、活化易造成污染等问题，并且将所制备的半焦基碳吸附材料应用于VOCs的处理中，具有良好的效果。本发明通过一种有机发酵耦合CO2活化的方法制备半焦基碳吸附材料，所得半焦基碳吸附材料比表面积为500‑800m2/g，平均孔径在2‑4nm，对丁烷的吸附能力为8‑16.5mg/g。该制备方法具有活化效果好，对环境和设备友好等特点。
Description
技术领域
本发明属于活性碳的制备及其VOCs吸附应用领域，涉及一种有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法。
背景技术
半焦也称兰炭，是无黏结性或弱黏结性的高挥发分煤在中低温条件下热解得到的固体碳质产品。目前，我国的半焦产量约为4800万吨/年，每年约有2000万吨半焦产量过剩。更为严重的是，自2012年之后，电石、铁合金市场萎缩，半焦的价格从每吨1000元一路下滑，到2015年年底每吨半焦价格跌破300元。价格低廉，库存增加，造成国内大量半焦生产企业处于全面亏损的状态。因此，开发半焦高经济附加值利用技术及其产品具有很强的实际社会价值和经济意义。活性碳作为一种强吸附性材料在吸附回收挥发性有机化合物(VOCs)中起到了巨大的作用。但是在实际应用中，以木质碳为原料制备的活性碳吸附材料具有较高的原料购买成本，其中，就目前最常见的椰壳活性碳而言，每生产一吨活性碳原料成本为8000-10000元，并且椰壳的价格呈逐年增长的趋势，这大大提高了活性碳的应用成本。而半焦碳具有含碳量高，挥发分少，价格低廉的特点，如果以半焦碳为原料，每生产一吨的活性碳原料成本仅1000-1500元，具有良好的经济效益。但半焦材料结构致密、扩孔难度大。传统的水蒸气、CO2等物理活化法很难扩大半焦的比表面积，若使用化学活化法如碱活化，氯化锌活化又会对环境和设备造成很大的影响。因此，目前高污染、低品质半焦基碳吸附材料的制备是限制半焦基碳吸附材料生产与应用的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法，该方法制备得到的半焦基碳吸附材料具有比表面积高、孔隙结构丰富的特点，且无污染。
为达到上述目的，本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为淀粉、葡萄糖、麦芽糖、果糖、柠檬酸、甘氨酸、半胱氨酸、尿素及聚乙烯吡咯中的一种或几种按任意比例混合的混合物，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为20-60℃，发酵时间为5-30天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为(0.01-0.1)g：(0.05-0.5)g：(0.5-1)g：(0.5-2)g。
步骤1)中半焦粉的目数小于等于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为30-120min，活化温度为700-1000℃，活化时间为60-300min，活化气体为CO2气体，气流量为20-60mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法在具体操作时，将半焦粉与有机物进行发酵处理，其中，有机物发酵过程中的新陈代谢会产生大量有机酸，所述有机酸与半焦材料表面发生交联反应，从而促进活性碳与黏结剂的黏合效果，同时增加半焦表面的活性位点，达到降低活化难度的目的，然后通过对发酵后的半焦进行高温CO2活化处理，以得到比表面积高、孔隙结构丰富的半焦基碳吸附材料，整个制备过程中基本上对环境无污染，实现半焦的高附加值转化，具有良好的经济效益，经测试该半焦基碳吸附材料对丁烷等VOCs表现出很好的吸附效率。
附图说明
图1a为实施例三中半焦原料(a)的扫描电子显微镜(SEM)表征图；
图1b为实施例三中半焦基碳吸附材料(b)扫描电子显微镜(SEM)表征图；
图2为实施例三中半焦基碳吸附材料的傅里叶变换红外光谱图；
图3为实施例三中半焦基碳吸附材料的吸脱附曲线图；
图4为实施例三中半焦基碳吸附材料的孔径分布图；
图5为实施例一中半焦基碳吸附材料吸附丁烷的穿透曲线图；
图6为实施例二中半焦基碳吸附材料吸附丁烷的穿透曲线图；
图7为实施例三中半焦基碳吸附材料吸附丁烷的穿透曲线图；
图8为实施例四中半焦基碳吸附材料吸附丁烷的穿透曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基吸附材料。
步骤1)中的有机物为淀粉、葡萄糖、麦芽糖、果糖、柠檬酸、甘氨酸、半胱氨酸、尿素及聚乙烯吡咯中的一种或几种按任意比例混合的混合物，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为20-60℃，发酵时间为5-30天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为(0.01-0.1)g：(0.05-0.5)g：(0.5-1)g：(0.5-2)g。
步骤1)中半焦粉的目数小于等于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为30-120min，活化温度为700-1000℃，活化时间为60-300min，活化气体为CO2气体，气流量为20-60mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
实施例一
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为甘氨酸，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为30℃，发酵时间为5天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.05g：2g：40g：20g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为60min，活化温度为700℃，活化时间为240min，活化气体为CO2气体，气流量为30mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
图5中700-240-30表示活化温度700℃，活化时间240min，活化气体流量30mL/min。
表1为实施例一中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表1
实施例二
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为半胱氨酸，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为30℃，发酵时间为10天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.05g：2g：40g：20g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为60min，活化温度为800℃，活化时间为180min，活化气体为CO2气体，气流量为30mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
图6中的800-180-30表示活化温度800℃，活化时间180min，活化气体流量30mL/min。
表2为实施例二中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表2
实施例三
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为尿素，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为30℃，发酵时间为20天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.05g：2g：40g：20g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为60min，活化温度为850℃，活化时间为120min，活化气体为CO2气体，气流量为30mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
图7中的850-120-30表示活化温度850℃，活化时间120min，活化气体流量30mL/min。
表3为实施例三中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表3
实施例四
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为聚乙烯吡咯，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为30℃，发酵时间为30天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.05g：2g：40g：20g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为60min，活化温度为900℃，活化时间为60min，活化气体为CO2气体，气流量为30mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
图8中的900-60-30表示活化温度900℃，活化时间60min，活化气体流量30mL/min。
表4为实施例四中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表4
实施例五
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基吸附材料。
步骤1)中的有机物为淀粉，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为20℃，发酵时间为5天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.01g：0.05g：0.5g：0.5g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为30min，活化温度为700℃，活化时间为60min，活化气体为CO2气体，气流量为20mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表5为实施例五中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表5
实施例六
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为葡萄糖。
发酵过程中的温度为60℃，发酵时间为30天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.1g：0.5g：1g：2g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为120min，活化温度为1000℃，活化时间为300min，活化气体为CO2气体，气流量为60mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表6为实施例六中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表6
实施例七
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为麦芽糖，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为20℃，发酵时间为10天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.02g：0.1g：0.6g：0.6g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为40min，活化温度为800℃，活化时间为80min，活化气体为CO2气体，气流量为30mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表7为实施例七中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表7
实施例八
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为果糖，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为40℃，发酵时间为15天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.03g：0.2g：0.7g：0.8g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为50min，活化温度为900℃，活化时间为100min，活化气体为CO2气体，气流量为40mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表8为实施例八中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表8
实施例九
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为柠檬酸，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为50℃，发酵时间为20天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.05g：0.3g：0.8g：1g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为90min，活化温度为1000℃，活化时间为200min，活化气体为CO2气体，气流量为50mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表9为实施例九中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表9
实施例十
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为柠檬酸，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为60℃，发酵时间为5天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.01g：0.5g：0.5g：2g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为30min，活化温度为1000℃，活化时间为60min，活化气体为CO2气体，气流量为60mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表10为实施例十中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表10
实施例十一
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为甘氨酸，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为60℃，发酵时间为5天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.1g：0.05g：1g：0.5g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为120min，活化温度为700℃，活化时间为300min，活化气体为CO2气体，气流量为20mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表11为实施例十一中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表11
实施例十二
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为半胱氨酸，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为20℃，发酵时间为5天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.1g：0.05g：1g：2g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为120min，活化温度为700℃，活化时间为200min，活化气体为CO2气体，气流量为20mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表12为实施例十二中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表12
实施例十三
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为尿素，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为20℃，发酵时间为25天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.09g：0.4g：0.9g：1.5g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为110min，活化温度为850℃，活化时间为250min，活化气体为CO2气体，气流量为50mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表13为实施例十三中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表13
实施例十四
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为聚乙烯吡咯，发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为45℃，发酵时间为23天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.08g：0.45g：0.75g：1.5g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为30min，活化温度为700℃，活化时间为300min，活化气体为CO2气体，气流量为20mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表14为实施例十四中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表14
实施例十五
本发明所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
步骤1)中的有机物为葡萄糖发酵过程中加入有发酵粉。
发酵过程中的温度为60℃，发酵时间为30天。
发酵粉、有机物、水及半焦的比例为0.05g：0.25g：0.85g：1.2g。
步骤1)中半焦粉的目数小于60目。
步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为85min，活化温度为750℃，活化时间为75min，活化气体为CO2气体，气流量为35mL。
真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
表15为实施例十五中半焦基碳吸附材料制备及性能参数汇总表。
表15
另外，需要说明的是，有机物还可以为淀粉、葡萄糖、麦芽糖、果糖、柠檬酸、甘氨酸、半胱氨酸、尿素及聚乙烯吡咯中的几种按任意比例混合的混合物。
本发明中吸附性能测试过程为：样品吸附性能评价在实验室小型VOCs吸附装置上进行，取0.5-2g的活性碳样品，以丁烷模拟VOCs气体，以氮气为载气，通过控制两气体的混合比例，调控丁烷的浓度为5-30％，气流速度为100mL/min，混合后的气体进入吸附管中进行吸附，每隔5min取样并在气相色谱中检测尾气中丁烷的含量，得到吸附过程中丁烷的物质量变化，进而得到丁烷的穿透曲线，通过称量反应前后的活性炭质量变化得到所制备半焦基碳吸附材料对丁烷的饱和吸附量。
从图1中可以发现半焦原料表面光滑致密，而经过活化的半焦基碳吸附材料表面出现了很多小孔，说明活化效果显著；从图2可以看出经过活化后的半焦基碳吸附材料表面含有丰富的-OH、C＝C、C＝O等活性官能团；参考图3，由BET计算公式可以得到经活化之后半焦基碳吸附材料的比表面积达到634.79m2/g，相比于原料的比表面积132.9m2/g，提高了3.7倍，说明由发酵耦合CO2的活化方式造孔效果良好；从图4中可以看出，半焦基碳吸附材料孔径集中分布在3nm左右，由BJH公式计算可得，半焦基碳吸附材料的平均孔径为3.736nm，总孔体积为0.5929cm3/g，是良好的介孔材料；参考图5，在上述吸附条件下，前20min内丁烷的尾气浓度紧贴0刻度线，表明了所制备的半焦基碳吸附材料对丁烷具有良好的吸附效果。
Claims (8)
1.一种有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将有机物溶于水中，再加入半焦粉，搅拌均匀后，得混合样品，然后进行发酵，得发酵过的半焦；
2)对发酵过的半焦进行高温CO2活化及真空干燥，得半焦基碳吸附材料。
2.根据权利要求1所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法，其特征在于，步骤1)中的有机物为淀粉、葡萄糖、麦芽糖、果糖、柠檬酸、甘氨酸、半胱氨酸、尿素及聚乙烯吡咯中的一种或几种按任意比例混合的混合物，发酵过程中加入有发酵粉。
3.根据权利要求2所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法，其特征在于，发酵过程中的温度为20-60℃，发酵时间为5-30天。
4.根据权利要求2所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法，其特征在于，发酵粉、有机物、水及半焦的比例为(0.01-0.1)g：(0.05-0.5)g：(0.5-1)g：(0.5-2)g。
5.根据权利要求1所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法，其特征在于，步骤1)中半焦粉的目数小于等于60目。
6.根据权利要求1所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法，其特征在于，步骤2)的具体操作为：采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化，活化后进行真空干燥，再进行密封保存。
7.根据权利要求6所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法，其特征在于，采用管式炉对发酵过的半焦进行高温CO2活化的过程中，管式炉设置的升温时间为30-120min，活化温度为700-1000℃，活化时间为60-300min，活化气体为CO2气体，气流量为20-60mL。
8.根据权利要求1所述的有机发酵耦合CO2活化制备半焦基碳吸附材料的方法，其特征在于，真空干燥过程中的温度为120℃，干燥时间为12h。
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