以落叶松木屑为原料,尿素为氮源,采用苯酚液化-物理发泡-活化工艺制备了落叶松基氮掺杂泡沫炭.通过SEM、XRD、XPS、TG和N2吸附-脱附等温线对材料的形貌、表面化学性质和孔结构进行表征,并测试了材料的CO2吸附容量和CO2/N2吸附选择性,考察了氮掺杂量及活化温度对CO2吸附性能的影响.研究结果表明:泡沫炭材料具有石墨层无序堆积的晶型结构,其无序性随着活化温度的升高而提高,氮掺杂会使其孔泡尺寸变小并降低其热稳定性;氮掺杂泡沫炭主要为微孔结构,微孔孔容占比最高可达95.83％.在活化温度为900℃、尿素掺杂量为4、6和8 g的条件下制备氮掺杂泡沫炭(NCF-4-900、NCF-6-900和NCF-8-900)的微孔孔径主要集中在0.50、0.81和1.26 nm,介孔孔径集中在3.85 nm左右;材料的掺杂氮以3种形式存在,活化温度为700和800℃时主要为吡啶型氮(N-6)和吡咯型氮(N-5);当活化温度达到900℃时部分N-5和N-6转化为热稳定性更好的四元型氮(N-Q),其中吡咯型氮含量最高;随着活化温度的升高,材料的CO2吸附容量提高,在25℃和100 kPa下NCF-8-900具有最高的吸附容量(3.19 mmol/g)和CO2/N2吸附选择性(118.63).
尿素 泡沫炭 CO2吸附 孔结构 吸附选择性