掺杂改性锂基材料吸附CO2的研究进展

锂基吸附剂因稳定性强、理论吸附量大、吸附温度较高等优点,成为近年来捕获烟道气中CO₂的研究热点。主要论述了熔融盐掺杂、金属阳离子掺杂和其他元素掺杂的锂基材料对CO₂的捕获效果,并比较了它们的相关性能,对开发锂基吸附材料的研究和发展方向进行了展望。     

混合超微孔材料中CO2/N2吸附与分离的理论研究

碳捕获与封存技术是一种具有前景的CO₂减排策略。本工作采用巨正则蒙特卡洛模拟研究了温度为298 K、压强在0~5 kPa范围内三种混合超微孔材料SIFSIX-X-Cu(以SiF₆ ^2-排列, Cu为金属中心, X=2, 3, O)中CO₂/N₂吸附与分离的行为。结果显示, 相比于SIFSIX-2-Cu, SIFSIX-3-Cu和SIFSIX-O-Cu中CO₂在0.5 kPa就达到吸附饱和, 且在1 kPa下的吸附量分别达到了2.70与2.39 mmol·g ^-1。CO₂/N₂混合气体中CO₂的吸附量几乎没有下降。SIFSIX-3-Cu和SIFSIX-O-Cu具有接近于CO₂分子动力学直径的孔径, 对CO₂亲和力较大, 吸附热分别达到了59和66 kJ·mol ^-1。密度泛函理论分析发现, 在两种结构中每个孔隙只吸附一个CO₂分子, 且几乎处于孔道的中心。本工作为低压下吸附与分离CO₂的混合超微孔材料的开发提供了理论指导。     

金属有机框架材料中CO2/N2吸附与分离的理论研究

金属有机框架(MOFs)材料在CO₂的捕获与分离方面受到广泛关注。本工作结合分子动力学(MD)和巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法探究了一种MOFs材料DUT-49的负性气体吸附过程及结构转变对CO₂/N₂吸附分离行为的影响。结果表明: 在20~60 MPa的压强下, DUT-49均发生可稳定存在的结构变形, 实现开孔(DUT-49-op)和闭孔(DUT-49-cp)状态的转变。DUT-49气体吸附量随温度升高而下降。DUT-49-cp的框架收缩, 气体有效吸附位点减少, 吸附量明显降低。此外, 与DUT-49-op相比, DUT-49-cp中CO₂/N₂选择性明显降低, 且随温度升高而下降, 不利于气体分离。本工作的研究结果为吸附剂材料的开发提供了科学依据。     

蔗渣活性炭二次活化制备及其吸附CO2性能研究

以蔗渣为原料, 以ZnCl₂为活化剂制备出活性炭AC, 并用KOH对活性炭AC进行二次活化制备活性炭KAC。用热重法测定材料的CO₂吸附脱附性能, 傅里叶红外光谱、氮气物理吸附-脱附和扫描电镜对样品进行表征。结果表明：KAC具有优异的CO₂吸附性能, 在60℃下其对CO₂吸附量可达3.45 mmol/g, 而AC的CO₂吸附量仅有1.79 mmol/g。KAC的CO₂吸附能力明显优于AC。循环吸附脱附的结果表明, 经过5次吸附-脱附, 材料的吸附量无显著变化, 表明材料具有良好的再生性能。傅里叶红外分析结果表明两种活性炭材料的特征峰基本一致, 活性炭表面官能团中羟基和羧基可以使活性炭表面的极性增大。氮气物理吸附-脱附和扫描电镜结果表明材料都具有发达的孔径结构, 但KAC的孔径结构比AC更发达, 因此其对CO₂的吸附能力也更强。     

CO2和H2O在活性炭上的吸附平衡和吸附动力学研究

活性炭是应用在变压吸附分离CO₂工艺中的常用吸附剂, 而工业废气中一般都含有一定量的饱和水蒸气. 通过吸附等温线和穿透曲线分别研究了单/双组份的CO₂和H₂O在活性炭上的吸附平衡和吸附动力学. 结果表明, 活性炭对二氧化碳具有较高的吸附量, 并具有较好的CO₂/N₂吸附选择性. 由于吸水官能团的存在, 活性炭在较高分压下表现出较大的水蒸气吸附量. 不过由于吸附机理不同, 水蒸气在活性炭上的吸附几乎不会影响活性炭对CO₂的吸附. 动力学研究表明, CO₂在活性炭上的吸附速率远大于H₂O的吸附速率.     

掺氮多孔碳在二氧化碳吸附分离中的应用

CO₂作为温室气体, 其捕集和存储有着重要的现实意义。多孔碳材料掺杂N原子后可以极大地改变材料的表面化学性质, 增强表面碱性, 在CO₂吸附领域具有广泛的应用。基于N掺杂最新研究进展, 本文系统地介绍了原位、后处理等掺N方法和不同孔道结构对CO₂吸附分离或扩散传质的影响, 总结归纳了材料的物理结构参数、表面化学性质与CO₂吸附分离性能的关系, 指出了各种制备方法存在的问题及解决的方法, 为高性能的CO₂吸附剂的定向设计、制备以及工业化提供了理论参考。     

电纺纳米纤维诱导LDH生长促进CO2分离

先进的功能膜材料是实现高效膜分离的关键，要求兼顾选择性和渗透通量.层状双金属氢氧化物(LDH)表面存在丰富的-OH基团，对CO₂具有较高吸附选择性.利用晶种外延生长策略(SES),通过溶剂热合成在电纺纤维载体上诱导生长LDH,并用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)在纤维间隙间原位光聚合得到致密的PEO/HPAN-LDH MMM,用于CO₂的高效分离.研究结果表明，沿纤维连续的低结晶LDH具有丰富的亲CO₂基团，提供连续亲和CO₂的传递通路.通过增加LDH生长次数，提高LDH的担载量.性能最佳的PEO/HPAN-LDH-2 MMM的CO₂渗透性能为132.1 Barrer, CO₂/N₂选择性高达99.4,相较于PEO/HPAN MMM,CO₂渗透性能提升46.8%,CO₂/N₂选择性提升25.8%.     

介孔碳/聚酰亚胺杂化膜原位聚合法制备及其气体分离性能

通过原位聚合法分别将无序介孔碳（DOMC）、有序介孔碳（OMC）掺杂到聚酰亚胺（PI）中制备DOMC/PI、OMC/PI杂化膜。利用FTIR、TEM、SEM和XRD等分析表征两种介孔碳材料的结构及其掺杂对杂化膜形貌和结构的影响,结合CO₂和N₂的渗透实验考评杂化膜的气体渗透性能。DOMC、OMC均具有孔隙结构,且与CO₂分子之间存在相互作用,通过掺杂DOMC、OMC既能提高杂化膜的自由体积,又可促进杂化膜对CO₂的优先选择吸附。表现为掺杂DOMC、OMC可有效改善PI膜的CO₂、N₂渗透性能和CO₂/N₂渗透选择性。随掺杂量的增加,杂化膜的CO₂、N₂渗透性能和CO₂/N₂渗透选择性均先增大后减小。另外,相较于OMC,DOMC具有更多孔隙结构和更大的比表面积,使DOMC/PI杂化膜的CO₂、N₂渗透性能优于OMC/PI杂化膜,但两种杂化膜的CO₂/N₂渗透选择性相近。     

单宁改性酚醛基炭气凝胶的制备及其CO2吸附性能

基于绿色低成本的单宁所具有的大量反应性羟基,其与醛类反应具有与苯酚或间苯二酚相似的机制。在传统的酚醛树脂基(苯酚-尿素-甲醛)炭气凝胶的基础上,通过添加单宁进行改性,成功制备出新型高效的CO₂吸附用酚醛基炭气凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和氮气吸脱附测试对其表面化学和孔隙结构进行了系统表征,同时通过CO₂吸脱附测试对其CO₂吸附量、选择性吸附及吸附热等进行了研究。结果表明：以绿色可再生的生物质原料单宁对原料进行部分取代,不仅可以显著降低产品成本,还可以明显改善其CO₂的吸附性能。当单宁的添加量(15 g)为苯酚用量的50wt%时,样品具有最大的比表面积(1 376.31 m2·g^-1)和微孔体积(0.55 cm3·g^-1),是一种极具潜力的气体吸附材料。其相应的CO₂吸附量高达5.36 mmol·g^-1,选择性吸附和吸附热则分别为16.84和34.49 kJ·mol^-1<...     

Fe-Co-K/ZrO2催化CO2加氢制低碳烯烃

近年来, 随着化石资源的消耗和CO₂的大量排放, 人类面临的能源危机和温室效应问题日益严峻, 而铁基催化剂催化CO₂加氢直接合成烯烃是实现CO₂减排及CO₂转化与利用的最佳途径之一。本研究采用浸渍法制备了氧化锆(ZrO₂)负载铁钴催化剂(Fe-Co/ZrO₂)和ZrO₂负载铁钴钾催化剂(Fe-Co-K/ZrO₂)用于催化CO₂加氢制低碳烯烃(C₂⁼-C₄⁼), 重点考察了K含量对催化反应活性的影响。活性测试结果表明, 在300 ℃和1.5 MPa下, 加入K使CO₂转化率由40.8%提高到44.8%, 低碳烯烃选择性从0.23%增至68.5%, 并提高了反应性能的稳定性。表征结果显示, 加入K使Fe物种的外层电子密度增大, 提高了Fe对CO₂的吸附强度, 促进了碳化铁的形成, 并有利于CO₂在Fe物种上吸附后发生直接解离, 提升了CO₂加氢制低碳烯烃性能。     

不同类型生物炭对CO2吸附性能及其机理

本研究以5种生物质为原料制备了生物炭,并对其进行理化表征,考察了生物炭对CO₂的吸附性能及机理。结果表明,椰壳(YK)、松木(SM)生物炭的比表面积是玉米芯(YM)、芦苇秆(LW)、椰衣(YY)生物炭的1.99～2.90倍。YK、SM对CO₂的吸附量(108.78～118.89 mg/g)高于YM、LW、YY(95.33～105.55 mg/g)。此外,YK中较高的S含量(2.17%)与碱度对CO₂吸附也起着促进作用。研究发现,生物炭的比表面积、孔径、碱度、官能团均是影响CO₂吸附的重要因素,当孔隙差异明显时,孔隙结构对CO₂吸附的影响会掩盖碱度带来的差异。Avrami模型和Langmuir模型可以较好地拟合生物炭对CO₂的吸附过程,表明CO₂在生物炭上的吸附以单层吸附为主。生物炭吸附CO₂是以物理吸附为主伴有化学吸附作用的过程,且受温度影响较大,当温度从0℃升高到65℃时,生物炭对CO₂的...     

微波辅助合成Ni-gallate(镍基没食子酸金属有机框架)用于CO2吸附的性能研究

CO₂排放导致的一系列环境问题，引起广泛关注，金属有机框架(MOFs)因其超高的孔隙率比表面积，被认为是捕集CO₂的理想材料。采用微波辅助合成Ni-gallate(镍基没食子酸金属有机框架),并借助扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等表征手段进行分析。结果表明：相较于传统水热合成，微波辅助合成的材料有着较高的结晶度和规则的尺寸形貌，在25℃时表现出更高的CO₂吸附量(3.82mmol/g)。结合微波辅助合成快速高效的优点，通过相转化法和聚酰亚胺复合得到的聚合物材料，不仅具有良好的CO₂吸附性能，而且有着优异的机械和热稳定性，有进一步发展成为工业CO₂捕集材料的潜力。     

CsPbBr3钙钛矿的光催化CO2还原研究进展

探索绿色发展、解决能源危机已成为近年来商业发展的趋势。金属卤化物钙钛矿因其独特的光催化性能而备受关注。其中，CsPbBr₃钙钛矿具有较高的光催化活性和优异的稳定性，在光催化CO₂还原方面发展迅速。在能源发展趋势下，减少碳排放和催化还原CO₂作为燃料是研究热点和主要途径。然而，纯CsPbBr₃较差的CO₂吸附还原能力、严重的电荷复合和较低的电荷效率严重阻碍了钙钛矿光催化的商业化。为了解决纯CsPbBr₃材料光催化中的一系列问题，对CsPbBr₃钙钛矿进行表面改性或构建多组分复合材料是目前最经济、最有前景的解决方案。本文讨论了CsPbBr₃钙钛矿的光催化反应原理及所面临稳定性和还原能力的阻碍，对CsPbBr₃钙钛矿及其复合物的光催化CO₂还原研究进行了系统的回顾。最后对构建更加稳定、高效及可持续性的CO₂还原光催化剂新的探索方向进行了展望。     

加热和光照条件下Ru/TiO2催化二氧化碳甲烷化研究

本研究利用浸渍法制备了Ru/TiO₂催化剂, 并在光照和加热两种条件下考察了其催化二氧化碳与氢的反应, 发现催化剂在两种条件下均可引发显著的甲烷化反应(CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O)。结果显示, 在光照和加热(150~350℃)条件下, CH₄为唯一含C产物。而在更高温度的加热条件下(>400℃)除了生成CH₄外, 还产生少量CO副产物, 表明反应温度对产物选择性有显著影响。随着反应温度由150℃升高到550℃, 对于不同负载量的担载Ru催化剂, CO₂转化率均先增加后降低, 其中在Ru担载量为1.5wt%Ru/TiO₂催化剂上CO₂转化率在350℃时达到最高, 为77.58%。而在温度>400℃条件下, CO的选择性也随反应温度的升高而逐渐增加。综合反应结果和XRD、XPS和N₂吸附-脱附等表征结果, 发现二氧化碳与氢在光照和加热条件下(150~550℃)反应机制不同。在光照条件下, 光激发电子首先被金属Ru捕获, 进而将吸附在金属Ru上的二氧化碳还原, 活性物种经由RuC中间体形成CH₄。而加热条件下(150~550℃), H₂先被Ru活化成氢原子, 氢原子还原吸附在催化剂表面的CO₂形成RuC中间体, 最后RuC中间体进一步加氢生成CH₄。虽然在两种反应条件下经历相同的中间体, 但是中间体的形成路径不同, 即反应物CO₂被活化的方式不同, 因而产物选择性不同。     

双金属MOFs的NO/CO2选择性吸附性能研究

采用溶剂热法合成制备含Co、Mn双金属节点的MOF-74材料，研究了室温下对NO的吸附性能，并通过IAST和穿透实验研究了材料的吸附选择性。结果表明，双金属Mn_0.2Co_0.8-MOF-74具有典型的MOF-74晶体结构，对NO的吸附量达到160.3cc/g,比单金属Mn-MOF-74提高了约19.4%。在低吸附分压时，NO/CO₂的理想溶液吸附(IAST)理论吸附选择性最大可达到397,经过5次循环吸附-脱附实验后的再生性能优良。模拟烟气的双组分穿透实验中，Mn_0.2Co_0.8-MOF-74对NO/CO₂的吸附分离性能达到35.5,可以作为一种优良的NO吸附分离材料。     

海洋CO2管道输送技术现状与展望

管道输送是经济高效的CO₂运输方式,海洋CO₂运输是离岸碳捕集、利用与封存(CCUS)产业链的关键环节和规模化开展离岸CCUS工程建设所需的核心技术。本文明晰了我国实施离岸CCUS的优势、典型海洋碳运输情境和海洋CO₂运输方式,剖析了国内外海洋CO₂管道输送的技术与工程概况;从CO₂流体相态及流动安全,沿程腐蚀风险评估、监测及预警,CO₂泄漏实时监测技术,高压CO₂泄放及对环境的影响等方面梳理了海洋CO₂管道输送工艺技术现状;从CO₂管道材料断裂行为及止裂措施、高耐蚀及密封材料、碳钢管道长寿命运行的关键腐蚀控制技术、注采井筒的腐蚀风险评估等方面梳理了海洋CO₂管道材料技术现状。研究认为,加快发展适应海洋CO₂管道输送复杂工况的材料体系、全流程CO₂管道的智慧管理与数字孪生技术、海底CO₂管道全生命周期运行...     

树枝状介孔二氧化硅基纳米材料催化转化二氧化碳的研究进展

近年来，树枝状介孔二氧化硅纳米颗粒(DMSNs)成为催化界的研究热点，因其具有大的开孔结构、高比表面积、优异的溶剂分散性、良好的生物相容性等，上述优点使得DMSNs在实现CO₂的捕获和催化转化中取得了良好的发展。结合国内外研究进展，总结了近年树枝状介孔二氧化硅基纳米功能材料在CO₂催化转化方面的应用和反应机制，并与传统二氧化硅介孔材料(如SBA-15或MCM-41)的催化转化性能进行比较。最后对该材料在CO₂催化转化方面的应用进行了展望。     

用于CO2捕获的Pebax基薄膜纳米复合膜的研究进展

聚醚嵌段聚酰胺(俗称：Pebax)基薄膜纳米复合膜在CO₂捕获方面显示了巨大的应用价值，高性能的Pebax基薄膜可用于从工艺流程(含有CH₄、N₂和H₂的混合气)中捕获CO₂。Pebax对CO₂具有高的亲和力和强的机械性能，这主要归功于其灵活的聚醚段和具有一定机械强度的聚酰胺段。然而，纯Pebax薄膜受Trade-off效应的限制，为了突破Trade-off效应的限制，研究人员将无机和有机纳米填料加入Pebax基质中以提高Pebax基薄膜的分离性能。首先讨论了不同制备工艺和工艺参数下Pebax基薄膜的制备及性能。然后，综述了Pebax基复合薄膜的分离性能。最后，提出了提高膜性能的主要挑战和展望。     

三维g-C3N4泡沫负载Cu(OH)2纳米片的制备及其光催化还原CO2性能

为了改善g-C₃N₄光催化还原CO₂过程中的气体传质、吸附和光生电荷分离效率，分别从泡沫孔结构构筑和构建异质结两方面进行光催化材料设计。采用表面活性剂发泡法制备g-C₃N₄泡沫(g-C₃N₄ Foam),以此为基体通过化学镀铜和氢氧化处理制备g-C₃N₄泡沫负载Cu(OH)₂纳米片(Cu(OH)₂/CNF)复合材料，对其结构和光催化性能进行分析。结果表明：g-C₃N₄ Foam和Cu(OH)₂/CNF均展现出发达的三维微米孔网络结构，这种结构可从动力学层面优化CO₂在气-固催化反应中的传质和吸附，使CO₂吸附容量分别达到3.97 cm³/g和3.59 cm³/g,为g-C₃N...     

纳米有机杂化材料(NOHMs)用于CO2捕集的研究进展

近年来,纳米有机杂化材料(NOHMs)引起了广泛的研究。不同于捕集CO₂的传统胺基溶剂,NOHMs可以在不含任何溶剂的条件下保持类液性,具有可忽略蒸汽压和高热稳定性的特点,因此可以减少溶剂挥发带来的损失以及环保问题,同时减少了对设备的腐蚀,是一种有潜力的替代传统胺基溶剂的吸收剂。同时NOHMs可直接作为吸附剂吸附CO₂,也可作为添加剂和其他材料产生协同作用,比如作为分离膜中的掺杂剂加入到聚合物基质中制备混合基质膜,可以显著强化CO₂在膜内的传质速率,实现CO₂的高效捕集。本文概括了NOHMs在碳捕集领域的研究进展,分别针对共价键和离子键连接的两类NOHMs阐述其核心、内冠、外冠三部分对CO₂吸附性能的影响,探讨和归纳了核心的尺寸、孔隙率、含量以及冠层的密度、链长和结构等对NOHMs碳捕集能力的影响机制,总结了以上因素与焓效应和熵效应的对应关系,以及对碳捕集性能的作用。本文将为拓宽NOHMs在CO₂捕集领域的应用提供参考与新的研究思路。