多孔碳在CO2吸附方面展现了优异的性能,是CO2捕集与封存的重要手段之一,对实现“碳达峰”、“碳中和”的“双碳”目标具有重要意义。本文以三种典型中药固废——板蓝根渣,甘草渣和大血藤渣为例,探索了中药固废掺氮水热炭化-化学活化两步法制备多孔炭,并探究了其CO2吸附性能。水热法将省去对中药固废预先干燥的环节,适应中药固废高含水率的特点;化学活化法采用KOH作为活化剂,在高温环境(实验温度为600℃、700℃和800℃)下进行活化;制备工艺采用尿素作为表面改性剂,将N掺杂在多孔炭表面以提高吸附性能。为探究N是否被掺杂到多孔炭表面,采用元素分析和XPS对水热炭和多孔炭进行测试,结果表明N已成功掺杂到多孔炭表面,且通过对实验的结果分析,掺氮多孔炭在相同的制备条件下表现出更加丰富的孔隙结构和更为优异的吸附性能,这表明含氮官能团对多孔炭的吸附性能有着积极的作用;为了比较不同活化温度下制备的多孔炭吸附性能的差异,对其吸附CO2能力进行研究,采用Langmuir和Freundlich模型拟合CO2吸附等温线,结果发现相比于700℃和800℃,600℃活化的多孔炭具有更好的CO2吸附性能,这是由于高温活化导致N的流失而对吸附性能产生不利影响;总体来说,所得多孔炭拥有丰富的空隙结构,三种原料所制得多孔炭比表面积最大分别为2516 m2/g、2518 m2/g和1996 m2/g;在600℃的活化温度下,三种原料制备的多孔炭均表现出良好的CO2吸附能力,分别为6.70 mmol/g、6.52 mmol/g和6.43 mmol/g,这表明采用水热同步掺氮和化学活化可以减轻中药渣原料对所制得多孔炭CO2吸附能力的影响,但原材料对CO2/N2选择性仍有较大影响。
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