适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料及制备方法、应用与流程

    专利查询2026-02-18  22


    本公开属于电化学,具体涉及一种适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料及制备方法、应用。


    背景技术:

    1、在“双碳”背景下,钢铁厂、水泥厂和化工厂等难以脱碳行业的碳中和转型方向之一是电气化发展。传统的化学吸收碳捕集法利用低品位热,在高温(120-150℃)条件下蒸汽解吸二氧化碳,该技术成熟度高且广泛应用,但也面临着溶剂热损失较高、影响电厂低负荷运行深度和调峰灵活性,在无剩余热源的重工业中应用成本更高的问题。

    2、与之对比,电化学介导胺再生捕集技术是通过引入对吸收剂具有强吸附作用的电解质与电极材料,随后通过电化学过程释放二氧化碳,实现富液再生。虽然该技术可通过纯电驱动实现即插即用,大幅度降低运行成本,更适用于调峰电厂、蒸汽价格较高的沿海地区电厂、能量高度集成的重工业行业等。但是,目前该方法所采用的催化剂活性较低,在高电流密度条件下能量消耗较大,进而影响电化学二氧化碳的捕集效率。


    技术实现思路

    1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料及制备方法、应用。

    2、本公开的一方面,提供一种适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料的制备方法,所述制备方法包括:

    3、将尿素粉末置于高温管式炉中,通入氮气处理0.5~1.5h;

    4、将尿素粉末在氩气气氛与预设温度下热解处理0.5~1.5h,再经冷却、研磨处理后得到氮掺杂的碳基多孔材料。

    5、可选地,所述预设温度为750~850℃。

    6、可选地,所述尿素粉末的含量为5~15质量份。

    7、本公开的另一方面,提出一种适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料,采用前文记载的制备方法制得。

    8、可选地,所述碳基多孔材料呈球状堆叠的三维结构。

    9、可选地,所述碳基多孔材料的尺寸为20nm~5μm。

    10、本公开的另一方面,提出一种碳基多孔材料的应用,采用前文记载的所述的碳基多孔材料作为催化剂应用于电化学法二氧化碳捕集中。

    11、可选地,所述应用过程包括:

    12、将前文记载的碳基多孔材料添加至四氢呋喃、2-丙醇以及全氟磺酸树脂溶液的混合溶液中,超声处理,形成混合悬浮液;

    13、将所述混合悬浮液滴加至电极基体表面,得到电极材料。

    14、可选地,所述四氢呋喃、2-丙醇和全氟磺酸树脂溶液的体积比例为(8~9):(9~10):1。

    15、可选地,所述碳基多孔材料与所述全氟磺酸树脂溶液的固液比为1:(9~10)mg/μl。

    16、本公开提出一种适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料及制备方法、应用。其中,适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料的制备方法,包括:将尿素粉末置于高温管式炉中,通入氮气处理0.5~1.5h;将尿素粉末在氩气气氛与预设温度下热解处理0.5~1.5h,再经冷却、研磨处理后得到氮掺杂的碳基多孔材料。本公开采用原位合成法在制备过程中以尿素同时作为氮源和碳源前驱体,在惰性环境下高温处理,从而实现含氮掺杂碳材料的一步合成,该材料具有较大的比表面积从而较强的吸附能力,可以有效的吸附二氧化碳气体分子至表面,有效提升碳材料在催化、吸附、电化学等方面的性能与使用范围。



    技术特征:

    1.一种适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:

    2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述预设温度为750~850℃。

    3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述尿素粉末的含量为5~15质量份。

    4.一种适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料,其特征在于,采用权利要求1至3任一项所述的制备方法制得。

    5.根据权利要求4所述的碳基多孔材料,其特征在于,所述碳基多孔材料呈球状堆叠的三维结构。

    6.根据权利要求4所述的碳基多孔材料,其特征在于,所述碳基多孔材料的尺寸为20nm~5μm。

    7.一种碳基多孔材料的应用,其特征在于,采用权利要求4至6任一项所述的碳基多孔材料作为催化剂应用于电化学法二氧化碳捕集中。

    8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述应用过程包括:

    9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述四氢呋喃、2-丙醇和全氟磺酸树脂溶液的体积比例为(8~9):(9~10):1。

    10.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述碳基多孔材料与所述全氟磺酸树脂溶液的固液比为1:(9~10)mg/μl。


    技术总结
    本公开提出一种适用于电化学法二氧化碳捕集的碳基多孔材料及制备方法、应用,属于电化学技术领域。制备方法包括:将尿素粉末置于高温管式炉中,通入氮气处理0.5~1.5h;将尿素粉末在氩气气氛与预设温度下热解处理0.5~1.5h,再经冷却、研磨处理后得到氮掺杂的碳基多孔材料。本公开采用原位合成法,在制备过程中以尿素同时作为氮源和碳源前驱体,在惰性环境下高温处理,从而实现含氮掺杂碳材料的一步合成,该材料具有较大的比表面积从而较强的吸附能力,可以有效的吸附二氧化碳气体分子至表面,有效提升碳材料在催化、吸附、电化学等方面的性能与使用范围。

    技术研发人员:胡琳,王晓龙,刘汉明,周天易,刘鹏,卢启辰,黄茹玲
    受保护的技术使用者:中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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