PEI改性介孔分子筛KIT-6对CO_2吸附性能的研究

CO2的大量排放是造成温室效应的主要因素,对全球排放的CO2进行捕集非常重要。今采用浸渍法将PEI(聚乙烯亚胺)负载到KIT-6介孔分子筛孔道表面上,使孔的吸附作用和胺的吸收作用相结合,制备出吸附容量大和选择性高的CO2吸附剂,从穿透时间、吸附量、分离因子等方面研究了PEI负载率对CO2吸附性能的影响。结果表明:KIT-6介孔分子筛经PEI改性后对CO2的吸附量和选择性增强。随着PEI负载量的增大,吸附剂对CO2的吸附性能先增大后降低,当PEI负载率为0.6时,CO2的吸附量和分离因子分别达到最大值为2.09 mmol?g?1和30.56,为无负载时的6.0倍和7.2倍。随着温度的升高,PEI改性吸附剂对CO2的吸附量呈增长趋势。再生实验表明吸附饱和的PEI改性吸附剂在378 K条件下能够完全再生,且具有较好的循环再生稳定性。     

四乙烯五胺功能化有序介孔氧化铝的合成及其CO2选择吸附性能研究

以九水硝酸铝为铝源,非表面活性剂柠檬酸为模板剂,稀氨水为沉淀剂合成有序介孔氧化铝（ OMA）。以四乙烯五胺（ TEPA）为活性组分,采用物理浸渍将其负载到OMA的内孔及比表面上,制备出氨基功能化的OMA用于CO2的选择吸附研究。采用XRD、BET和TEM对合成的吸附剂进行表征,通过自制的固定床反应器测量穿透曲线的方法研究其对CH4／CO2混合气的吸附分离性能。分别考察了负载量和吸附温度对吸附性能和分离因子的影响。结果表明,TEPA负载量为50％的吸附剂、吸附温度为70℃时对CO2吸附量最大,为2．598 mmol／g,TEPA／OMA经过10次吸附-脱附循环后,其吸附性能变化较小,仅下降了8．65％,具有较好的循环稳定性。     

氨基修饰微孔/介孔复合材料AM-5A-MCM-41对CO2吸附分离的分子模拟

构建了氨基修饰微孔/介孔复合材料AM-5A-MCM-41的全原子模型,采用巨正则Monte Carlo（GCMC）方法研究了它的CO₂吸附分离性能,采用加权混合规则来描述氨基和CO₂分子的弱化学作用。模拟结果表明,CO₂分子优先吸附在复合材料介孔表面的氨基附近,CO₂纯气体的吸附量和吸附热有了显著提高,而N₂的吸附量和吸附热则基本不受影响。对于CO₂和N₂的混合气分离,由于复合材料对CO₂的弱化学吸附作用,显著提高了CO₂吸附量和吸附选择性,在573 K和100 kPa时CO₂/N₂的选择性达到了87.0。通过分子模拟研究可以从微观角度了解CO₂在氨基修饰的微孔/介孔复合材料中的吸附分离的细节和机理,为实验设计和合成高效CO₂吸附剂提供指导。     

氨基功能化介孔硅材料对SO_2吸附性能研究

以十六烷基三甲基溴化铵作为结构导向剂,正硅酸乙酯作为硅源,3-氨基丙基三乙氧基硅烷作为功能基团,采用共缩聚的方法制备了一系列氨基功能化介孔硅材料(AFM),并研究其对二氧化硫气体的吸附性能。采用N2吸附、X射线衍射、红外光谱、透射电镜等手段对材料进行表征。实验结果表明,氨基功能化介孔硅材料具有较大的比表面和孔体积,对酸性二氧化硫气体有较强的吸附能力。     

有机胺功能化介孔固体吸附剂吸附分离CO2性能研究

针对当前固体胺CO₂吸附剂存在吸附容量小、循环稳定性差等问题,采用高比表面积、易嫁接胺的介孔SBA-15作为载体,研究分子筛模板剂脱除方法和有机胺改性方法对制备的固体吸附剂吸附性能的影响,并采用N₂物理吸附、X射线衍射、红外光谱、热失重分析等表征技术并对样品进行表征。实验结果表明,通过嫁接和浸渍能够合成出不同有机胺负载量的胺功能化吸附剂,其中混合胺嫁接法改性的APTES-SBA（U）-T60吸附剂其吸附容量最大,在75℃下的纯CO₂气氛中吸附量达到192.05 mg/g,优于溶剂萃取和煅烧法去除模板剂。此外,混合胺嫁接法制备的样品在多次的吸/脱附操作下,CO₂吸附稳定性良好,表明混合胺修饰的吸附剂具有很好的稳定性和再生性。     

氨基酸功能化离子液体聚合物用于高效CO2吸附

针对大气中CO2排放量持续升高导致的环境问题,设计合成一种新型氨基酸功能化离子液体聚合物(PIL)用作CO2吸附剂.通过两步法合成氨基酸功能化离子液体1-对乙烯基苄基-3-甲基咪唑精氨酸盐([VBMI][Arg]),采用先聚合后功能化的方法合成氨基酸功能化离子液体聚合物聚[1-对乙烯基苄基-3-甲基咪唑精氨酸盐](P(...     

TEPA负载复合氧化活性炭吸附烟气中的CO2性能

以商业煤基活性炭为原料,经低浓度氧气焙烧、H₂O₂氧化改性,并以四乙烯五胺（TEPA）浸渍,得到胺负载复合氧化活性炭,用于模拟烟道气[(15%(体积)CO₂+85%(体积)N₂）+10%(体积)H₂O]中CO₂吸附。低浓度氧气焙烧后,活性炭的最大比表面积和孔体积分别为1421.82 m²/g、0.83 cm³/g。经复合氧化改性后,活性炭的介孔体积增大,表面含氧官能团增加,使得TEPA负载复合氧化活性炭的CO₂吸附性能提高。焙烧时间为4 h,H₂O₂氧化、负载40%TEPA的样品COAC-4-40TEPA,在60℃时CO₂饱和吸附量最高为2.45 mmol/g,是TEPA负载未改性活性炭AC-40TEPA的2.02倍。经过十次吸附循环后,COAC-4-40TEPA的 CO₂饱和吸附量可维持在92.24%,而TEPA的浸出量仅有0.67%。失活模型研究表明,COAC-4-40TEPA的初始吸附速率常数是AC-40TEPA的1.64倍,且失活速率常数低于AC-40TEPA。     

介孔SiO_2表面的氨基修饰及吸附性能研究

以十六胺为模板剂、正硅酸乙酯为硅源合成了多孔球形结构的介孔SiO2,用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(ATES)对介孔SiO2进行了表面修饰,得到了氨基嫁接介孔ATES-SiO2。利用XRD、BET、IR等方法分别测定了SiO2和ATES-SiO2的结构与性质,结果表明-NH2已成功接枝于介孔ATES-SiO2的孔道内表面。在常温常压下测得介孔SiO2和ATES-SiO2对CO2的吸附量分别为0.93 mmol/g和4.87 mmol/g。     

氨基修饰微孔/介孔复合材料AM-5A-MCM-41对CO_2吸附分离的分子模拟

构建了氨基修饰微孔/介孔复合材料AM-5A-MCM-41的全原子模型,采用巨正则Monte Carlo(GCMC)方法研究了它的CO2吸附分离性能,采用加权混合规则来描述氨基和CO2分子的弱化学作用。模拟结果表明,CO2分子优先吸附在复合材料介孔表面的氨基附近,CO2纯气体的吸附量和吸附热有了显著提高,而N2的吸附量和吸附热则基本不受影响。对于CO2和N2的混合气分离,由于复合材料对CO2的弱化学吸附作用,显著提高了CO2吸附量和吸附选择性,在573 K和100 kPa时CO2/N2的选择性达到了87.0。通过分子模拟研究可以从微观角度了解CO2在氨基修饰的微孔/介孔复合材料中的吸附分离的细节和机理,为实验设计和合成高效CO2吸附剂提供指导。     

氨基改性有序介孔氧化铝吸附二氧化碳性能研究

采用硝酸铝为铝源,碳酸铵为沉淀剂,聚乙二醇（PEG1450）为模板剂,合成廉价的有序介孔氧化铝 （OMA）作为吸附剂载体。以2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）为氨基化表面修饰剂,对OMA采用过量浸渍法进行表面氨基化,制备一种高性能低成本的二氧化碳吸附剂OMA-AMP。通过BET法比表面积测定、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、红外光谱（IR）等表征方法对改性前后吸附剂的比表面积、孔结构等特性进行表征,结果表明制备的 OMA-AMP具有比表面积大、孔径分布窄、孔结构有序等特点。利用模拟烟道气,从浸渍时间、吸附床层温度、气体流量以及AMP浓度4个变量考察吸附剂的性能。结果表明,OMA经过质量分数为50%的AMP浸渍12 h,在吸附温度为70 ℃、气体流量为40 mL/min条件下,OMA-AMP对二氧化碳的吸附量高达84.15 mg/g;吸附剂吸附性能较稳定,再生容易且效果良好;吸附剂制备成本低廉,吸附效率高。该吸附剂可以解决在二氧化碳捕集技术中成本居高不下的问题,在工业上具有实际应用价值。     

改性蜂窝状活性炭吸附二氧化碳和氮气的热力学

蜂窝状活性炭具有较高的比表面积、多孔道、压降低、吸脱附速率快、不易堵塞等优点,因此被认为是捕集烟道气中CO₂重要吸附材料。选用蜂窝状煤基和椰壳两种活性炭吸附剂,采用磁悬浮热天平分别测定了CO₂和N₂的吸附等温线。采用1 mol·L^-1 K₂CO₃对蜂窝状活性炭材料进行浸渍改性,提高在低二氧化碳分压下的CO₂吸附性能。采用Langmuir、multi-site Langmuir和Virial 3种模型对吸附平衡数据进行拟合,得出热力学参数,为后续吸附工艺优化设计提供基础数据。结果表明在实验范围内3种模型均能对实验测量的等温线进行较好的拟合,Langmuir模型总体拟合效果最好。     

拟薄水铝石负载PEI/AMP吸附CO2性能

用富含胺基的物质对多孔材料进行修饰可以得到高CO₂吸附量的吸附剂。采用浸渍法将聚乙烯亚胺(PEI)和2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)负载在拟薄水铝石上,考察了CO₂压力、胺类物质负载量等对吸附性能的影响。采用低温N₂吸附/脱附法(BET)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外线光谱分析仪(FTIR)等手段表征了吸附剂的结构特征及其物理性质,并使用重量法微天平实验装置对吸附剂的性能进行了评价。实验结果表明,当温度恒定为50℃,压力小于1 MPa时,负载PEI的吸附剂最高的CO₂吸附量为77.53 mg CO₂·(g吸附剂)^-1,最佳负载量为85%;压力大于1 MPa时,负载PEI的吸附剂最高的CO₂吸附量为123.79 mg CO₂·(g吸附剂)^-1,最佳负载量为10%。负载AMP的吸附剂最高的CO₂吸附量为128.01 mg CO₂·(g吸附剂)^-1,最佳负载量为85%。CO₂吸附稳定性实验表明,吸附剂对CO₂的吸附性能稳定。     

应用于烟气中CO2捕集的固体吸附材料研究进展

固体吸附法捕集二氧化碳技术具有吸/脱附性能优良、设备轻便灵活、环保和低成本的优势，被认为是实现电厂烟气中碳捕集最具前景的技术之一。国内外学者对于可应用于电厂烟气中二氧化碳捕集的固体吸附材料开展了大量的研究并取得一定进展。该文综述了近些年沸石分子筛、金属有机框架材料（MOFs）和活性炭（ACs）等吸附材料的研究现状；归纳并分析了各类吸附材料的应用优势和在工程应用中存在的问题；总结了各类材料吸附性能的主要影响因素和吸附机理等。最后，展望了固体吸附材料的发展方向。     

高温下钙基吸附剂吸附CO2的研究

CaO基吸附剂是一种理想的CO2高温吸附剂。利用热重分析仪研究了由不同前体制备的CaO高温下对CO2的吸附性能。利用吸附仪测定了各吸附剂的比表面积等参数。实验发现CaO的最佳吸附温度范围为700—750℃;由CaC2O4.H2O制得的CaC2O4-CaO具有良好的吸附性能,在实验条件下,其吸附量为理论吸附量的89.1%;在较宽的CO2体积分数范围内,CaC2O4-CaO始终保持很高的吸附性能;吸收速率的大小受吸附剂比表面积、孔体积、孔结构等参数的共同影响。高温下,CaO基吸附剂吸附CO2的微观机理有待进一步研究。     

氨改性的介孔二氧化硅的直接合成和CO2吸附

Amine-functionalized mesoporous silica was prepared by using lauric acid and N-stearoyl-l-glutamic acid as structure directing agents via the SN+-I mechanism and applied to CO2 adsorption at room temperature. With γ-aminopropyltriethoxysilane as co-structure directing agent and due to the direct electrostatic interaction with anionic surfactant, most of the amino groups were uniformly distributed at the inner surface of pores and the performance was stable. The amine-functionalized mesoporous silica was characterized by Fourier transform infrared spectrometer, X-ray diffraction, nitrogen physisorption and thermogravimetric analysis. The CO2 adsorption capacity was measured by digital recording balance. At the room temperature and under the atmospheric pres-sure, the adsorption capacity of LAA-AMS-0.2 for CO2 and N2 is 1.40 mmol•g1 and 0.03 mmol•g1, respectively, indicating high separation coefficient of CO2/N2.     

Adsorbents for adsorption separation of CO2 and CH4: A literature review

Natural gas consisting mainly of methane is becoming increasingly prominent as a clean energy source. However, the major impurity, carbon dioxide, can adversely affect the performance of natural gas. Therefore, separating CO₂ from CH₄ is necessary to decrease the erosion of pipelines and increase the calorific value. This paper aimed at reviewing the performances, mechanisms, and novel developments of common adsorbents to adsorb pure CH₄, pure CO₂, and their mixtures. Several studies suggest that zeolites exhibit better separating performance than metal organic frameworks (MOFs) except the modified amine-MIL group. Activated carbons may not be suitable adsorbents due to low selectivity between CO₂ and CH₄. The modified amine-MIL group are the best type of adsorbent to separate CO₂ from CH₄ and its best operating conditions are at low pressure (<2 bar), low feed composition of CO₂, and near room temperature using pressure swing adsorption (PSA) method.     

Adsorption behavior and kinetics of CO2 on amine-functionalized hyper-crosslinked polymer

A hyper-crosslinked polymer (XAD-4-pc) was developed by modifying the commercial polystyrene resin (XAD-4) through a Friedel–Crafts reaction, followed by impregnation with polyethyleneimine (PEI) for CO₂ capture. The physicochemical properties of the as-synthesized adsorbents were analyzed by different characterization techniques, and the adsorption behavior of CO₂ on these adsorbents was evaluated in a self-assembled adsorption setup with gas chromatography. Experimental results found that the Brunauer–Emmett–Teller surface area and pore volume of XAD-4-pc were significantly higher than that of XAD-4, which was favorable to the improvement of PEI loading and CO₂ adsorption. The maximum CO₂ uptake for PEI-functionalized XAD-4-pc was 3.24 mmol g⁻¹ at 25 °C. The adsorption isotherm of CO₂ on the adsorbent was well described by the Langmuir equation, and the kinetics data could be accurately described by Avrami model over the entire adsorption range. The diffusion mechanism study showed that the film diffusion and intraparticle diffusion were mainly the rate-limiting steps. Moreover, this adsorbent could be well regenerated at relatively low temperature and exhibited stable regenerability after five adsorption-regeneration cycles, showing its high potential for the capture of CO₂ from flue gases. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2020 , 137, 48479.     

二氧化碳捕集技术研究进展

随着全球工业的快速发展,二氧化碳的大量排放被认为是造成气候变暖最主要原因,二氧化碳的捕集和封存已经成为研究的热点,本文综述了近年来CO2捕集技术的研究进展,主要有燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧三条技术路线,最后提出了可以提高二氧化碳捕集能力的策略与展望。