柔性氮掺杂活性多孔碳布的制备及其对CO_(2)/CH_(4)吸附分离和甲醇吸附研究

作     者：高雅茹 王燕 李瑶 GAO Yaru;WANG Yan;LI Yao

作者机构：河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 

出 版 物：《河南理工大学学报（自然科学版）》 (Journal of Henan Polytechnic University（Natural Science）)

年 卷 期：2022年第41卷第6期

页      面：45-53页

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(42002164) 河南省自然科学基金资助项目(202300410171) 中国博士后科学基金资助项目(2018M632775)。 

主　　题：柔性 氮掺杂 活性多孔碳布 CO_(2)/CH_(4)吸附分离 甲醇吸附 

摘      要：开发一种用于吸附和分离CO_(2)/CH_(4)以及吸附甲醇的经济、高效、安全的纳米多孔碳材料,以黏胶纤维织物为前体物质,以CO_(2)为活化剂,采用一步碳化-活化方法制备柔性氮掺杂活性多孔碳布,并探讨活化温度对多孔碳孔隙结构发育和化学成分的影响。结果表明,活化温度800℃时制备的FPCC-A-800超微孔体积为0.29 m^(3)/g,占总孔体积的71%,含氮量为5.88%。在25℃和0.1 MPa压力下,FPCC-A-800对CO_(2)的吸附量最高为3.13 mmol/g,根据理想吸附溶液理论(IAST),计算二元混合气体CO_(2)/CH_(4)(体积比为50/50),FPCC-A-800的CO_(2)/CH_(4)选择性为2.35,这归因于FPCC-A-800优异的超微孔结构和适中的含氮量协同作用。活化温度900℃时制备FPCC-A-900,在25℃和0.0095 MPa压力下其甲醇吸附量可达9.90 mmol/g,这是因为它具有最大的比表面积(1159 cm^(2)/g)和总孔体积(0.54 cm^(3)/g)。活化温度700℃时制备的FPCCA-700具有较高的含氮量,在低压范围展现出最优的CO_(2)/CH_(4)分离性能,根据Henry定律,25℃时其CO_(2)/CH_(4)选择性系数为3.36。实验表明,制备的柔性氮掺杂活性多孔碳布在治理温室气体、提高煤层气利用率和吸附工业甲醇等方面均具有较好的应用前景。