多孔碳吸附分离CO_2研究进展

多孔碳材料由于其高比表面积、低密度、较高的热稳定性以及化学稳定性而被广泛应用于气体吸附、储存与分离、催化剂载体和电极材料等诸多领域,因此多孔碳材料成为研究人员关注的焦点。本文综述了活性炭、碳分子筛和碳纳米管等多孔碳材料对CO_2吸附分离性能的研究进展。还介绍了多级孔碳在吸附CO_2中的研究进展。指出了多孔碳材料作为CO_2的吸附剂的不足,并对CO_2吸附分离及其吸附剂的发展进行了展望。     

多孔碳结构调控及其在二氧化碳吸附领域的应用

CO_2大量排放引发的温室效应已成为当今世界面临的重要环境问题。燃煤发电厂是CO_2的集中排放源,其排放量约占总排放量的42%,因此,燃煤发电厂烟道气中CO_2的高效捕集迫在眉睫。吸附技术操作简便、能耗低,易于实际应用,被认为是最具前景的烟道气CO_2捕集技术。近年来,多孔碳吸附剂因原料来源广、理化特性可控性强以及目标吸附质适应性高等优点,成为当前CO_2捕集技术的研究热点。综述了近年来多孔碳的制备方法,物理活化法、化学活化法、炭气凝胶法和模板法等,以及制备方法对孔径结构、杂元素掺杂缺陷和多孔碳表面性能的调控;并阐述了孔径结构、元素掺杂和表面官能团改性对CO_2吸附量、循环稳定性、烟道气中CO_2吸附选择性的影响,归纳了多孔碳吸附在实际应用中亟需解决的问题和关键技术。可进一步深入研究机理,协同制备出更高效且适用于CO_2吸附的多孔碳。     

包覆改性纳米CaO基CO_2吸附剂的反应吸附性能

对包覆改性纳米CaO基CO_2吸附剂的反应吸附性能进行研究,分别采用惰性材料MgO和TiO_2对纳米CaCO_3表面进行包覆改性,并以铝溶胶为黏结剂,通过混合造粒的方法制备改性纳米CaO基CO_2吸附剂。在相同的吸附温度(600℃)、CO_2分压(0.015 MPa)、再生温度(750℃)以及N_2气氛的条件下,采用热重分析仪(TGA)分别考察了吸附剂的分解温度、吸附速率、吸附容量及循环吸附容量的稳定性。结果表明:MgO和TiO_2包覆改性吸附剂的分解温度较未包覆改性的吸附剂分解温度分别提高了20和35℃:经过30次循环后,包覆改性的吸附剂的吸附速率和吸附容量均明显大于未改性的吸附剂,其中包覆TiO_2改性的吸附剂具有较好的吸附容量稳定性,30次循环后,吸附容量衰减率为34.85%,包覆MgO改性的吸附剂吸附容量衰减率为38.89%,而未经过包覆改性的吸附剂吸附容量衰减率为54.87%。     

有机胺功能化介孔固体吸附剂吸附分离CO_2性能研究

针对当前固体胺CO_2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N_2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CO_2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,CO_2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。     

二氧化碳捕获固体吸附剂的研究进展

采用吸附法降低电厂烟道气中CO_2浓度,关键在于吸附容量大、选择性高、再生能耗低的吸附剂的开发。本文综述了炭基吸附剂、分子筛、金属氧化物、氨基吸附剂以及金属有机骨架材料5种主要的CO_2固体吸附剂最新的研究进展,具体阐述了这几种吸附剂的物理和化学性质,列举了这些吸附剂在燃烧后捕获CO_2应用过程中的吸附性能、存在的问题以及改进的措施。重点探讨了金属-有机骨架材料作为烟气气氛下CO_2吸附剂的应用前景,这种吸附剂具有比表面积大、孔容大、孔隙率高、结构可调等优点,分析表明这是一种极具潜力的CO_2吸附剂。为提高其在烟气环境下的CO_2吸附性能,作者概括总结了4种主要的改性措施,为从事这个领域的工作者扩展了思路。     

乙醇胺改性多孔材料吸附电厂烟气中CO_2的研究

采用乙醇胺(MEA)对有序介孔氧化铝(OMA)、有机铝(MIL-53(Al))、NaY分子筛进行改性,制备出3种吸附剂(OMA-MEA、MIL-53(Al)-MEA、NaY-MEA)。通过N_2等温吸附脱附曲线(BET、BJH)、红外光谱(IR)、透射电镜(TEM)等方法对吸附剂进行表征,探讨吸附压力、空速及再生时间和次数等对吸附剂吸附CO_2性能的影响。结果表明,3种吸附剂的表面结构有所差异,最终造成其对CO_2的吸附能力有一定的差异。随着吸附压力的增加,3种吸附剂的饱和吸附量均有所增加。3种材料的吸附效果和选择性随着空速的增加,均有所减弱。3种吸附剂经过再生-吸附连续循环8次后,CO_2饱和吸附量的下降率控制在5%以内,吸附性能稳定。     

基于壳聚糖的多孔吸附剂的制备及其吸附性能研究

以壳聚糖为原料,制备了具有多孔结构的壳聚糖基水处理吸附剂,以亚甲基蓝分子作为模型污染物,评价了其吸附性能。研究了溶液pH、吸附剂用量、初始浓度、离子强度和吸附时间等因素对吸附亚甲基蓝的工艺条件的影响。结果表明,最优的吸附工艺条件为:pH为10,吸附剂用量为2 g/L,初始浓度为200 mg/L,吸附时间为48 h,此时单位吸附量可以达到95.7 mg/g,去除率可以达到96.0%。结果表明,制备的壳聚糖基多孔吸附剂对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级动力学模型。吸附与解吸附研究表明,制备的壳聚糖基多孔吸附剂具有很好的循环利用能力。因此,制备的壳聚糖基多孔吸附剂是一种具有潜力的吸附剂,其在废水处理领域具有潜在的应用价值。     

基于壳聚糖的多孔吸附剂的制备及其吸附性能研究

以壳聚糖为原料,制备了具有多孔结构的壳聚糖基水处理吸附剂,以亚甲基蓝分子作为模型污染物,评价了其吸附性能。研究了溶液pH、吸附剂用量、初始浓度、离子强度和吸附时间等因素对吸附亚甲基蓝的工艺条件的影响。结果表明,最优的吸附工艺条件为:pH为10,吸附剂用量为2 g/L,初始浓度为200 mg/L,吸附时间为48 h,此时单位吸附量可以达到95.7 mg/g,去除率可以达到96.0%。结果表明,制备的壳聚糖基多孔吸附剂对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级动力学模型。吸附与解吸附研究表明,制备的壳聚糖基多孔吸附剂具有很好的循环利用能力。因此,制备的壳聚糖基多孔吸附剂是一种具有潜力的吸附剂,其在废水处理领域具有潜在的应用价值。     

“干胺”型吸附剂的快速制备、表征及其CO_2吸附性能研究

通过高速搅拌法将聚乙烯亚胺(PEI)快速负载于疏水性SiO_2表面,制得"干胺"型吸附剂。利用扫描电镜、透射电镜、物理吸附、热重分析等对吸附剂进行了一系列的表征。采用穿透曲线法对"干胺"吸附剂的CO_2吸附性能进行了测试.。结果表明,随着PEI负载量的增加,PEI/SiO_2吸附剂的CO_2吸附量呈现先增加后降低的趋势,50PEI/SiO_2吸附剂的CO_2吸附量最高,其最佳CO_2吸附温度为90°C,此时吸附剂的吸附量最大为3.00 mmol×g~(-1)-adsorbent。相比于高速搅拌法制备的SBA-15基吸附剂,PEI/SiO_2型吸附剂具有更优的吸附性能。研究结果还表明50PEI/SiO_2具有良好的可再生性能。     

固体多孔材料对CO_2吸附性能研究进展

综述了沸石、活性炭、硅基介孔材料、金属有机骨架等几种多孔材料对CO_2吸附性能的研究进展。还阐述了多级孔材料对CO_2的吸附进展。指出了二氧化碳吸附捕集面临的问题,并展望了二氧化碳吸附剂的发展趋势。