硼碳氮多孔材料的制备及其吸附再生性能研究

硼碳氮(BCN)多孔材料因其具有高的比表面积、优异的化学稳定性而被认为是一种优异的吸附材料。本文以废弃椰壳、硼酸(H₃BO₃)和尿素(CO(NH₂)₂)为原料,采用冷冻干燥法制备多孔生胚,并在NH₃气氛下通过高温固相反应法在不同的反应温度下合成BCN多孔材料。结果表明,随着反应温度的升高,BCN多孔材料孔径逐渐变大,当反应温度为950 ℃时平均孔径为2.1 nm。将BCN多孔材料用于吸附水中孔雀石绿(MG)有机染料,其最大吸附量可达1 239.8 mg·g^-1,5次循环再生后吸附量平均值仍高达1 138.6 mg·g^-1,说明BCN多孔材料具有优异的循环吸附性能。采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型、准一级和准二级吸附动力学模型研究了浓度、吸附时间和平衡吸附量之间的关系。结果表明,BCN多孔材料的吸附与准二级吸附动力学模型吻合,其对MG的吸附属于均匀表面单层分子的Langmuir等温吸附。BCN多孔材料展现出优异的吸附能力,是一种非常有应用前景的新型吸附剂。     

离子液体多孔材料的制备及性能研究

本实验采用一步合成法以及等质量浸渍法分别制备离子液体乙酰胺-硫氰酸钠,乙酰胺-硫氰酸铵和乙酰胺-硫氰酸钾以及对应的负载材料,并通过压片法、热重差分析分别研究制备的液体材料的性能,通过研究表明,该方法成功的制备了负载离子液体材料,且材料的热稳定性能有所提高.这为以后该领域的研究奠定了基础.     

淀粉基多孔碳材料的制备及其吸附CO2/CH4性能

以淀粉为原料,使用水热法将其碳化后用活化剂KOH对其活化,制备了淀粉基多孔碳材料,并对其进行结构表征和CO₂/CH₄的吸附性能测试,计算吸附热以及材料对CO₂/CH₄的吸附选择性,讨论了碳材料结构对其吸附性能的影响。结果表明：在制备过程中,随着活化剂KOH用量比例的增大,所制得的材料其比表面积和孔容增大,其孔径分布也就越宽。所制得的碳材料其比表面积可达2972 m²·g^-1。这些淀粉基多孔碳材料对水蒸气的吸附等温线呈现出Ⅳ类等温线。所制备材料对CO₂吸附容量主要取决于其孔径小于0.8 nm的累积孔容（Vd < 0.8 nm）。材料的超微孔的孔容越大,其对CO₂吸附容量也越大。所制备的C-KOH-1材料在101325 Pa和298 K条件下,对CO₂的吸附量达到4.2 mmol·g^-1,其对CO₂的吸附热明显高于其对CH₄吸附热,其对CO₂/CH₄吸附选择性为3.7～4.26,同时本文通过对材料的水蒸气吸附等温线进行测试,结果表明所得材料主要表现为中等憎水性,这对材料在实际工况的应用奠定了基础。     

碳包裹磁性颗粒对离子液体的吸附研究

以Fe_3O_4为载体,通过浓硫酸蔗糖碳化法制备出Fe_3O_4/C复合材料,并通过X射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对磁性复合材料进行表征,考察了其对水中5种咪唑离子液体的吸附性能。结果表明,Fe_3O_4/C可以有效脱除水中的离子液体,其饱和吸附容量为0.31⁰.41 mmol/g,随着离子液体烷基链的增长,吸附容量增加;吸附过程符合准二级动力学及Langmuir模型。Fe_3O_4/C经硫酸或丙酮溶液解吸之后可以多次重复利用。     

离子液体膜材料分离二氧化碳的研究进展

离子液体由于具有不易挥发、结构可调、对CO₂有良好的吸收性能等特点而成为当前CO₂分离领域的研究热点,但因高黏度和高成本问题而限制了其工业化应用。将离子液体与气体分离膜材料结合,得到的新型分离膜材料兼具离子液体和膜的优势,成为当前离子液体研究领域的趋势之一。针对这一热点问题,综述了离子液体支撑液膜、聚离子液体膜和离子液体共混/杂化膜在CO₂分离方面的研究现状和进展,讨论了离子液体结构和含量对膜分离性能、稳定性等的影响。相关研究表明,离子液体共混/杂化膜具有较高的分离性能和稳定性,是一种很有应用前景的CO₂分离材料。提出该领域的重点发展方向,即开发新的功能化离子液体共混/杂化膜材料是解决高渗透通量与高稳定性之间矛盾、强化CO₂分离性能的有效途径,深入研究离子液体共混/杂化膜的形成机制、气体在膜中的渗透行为以及CO₂分离机理。     

固载离子液体聚合物的二氧化碳吸附行为研究

采用溶液聚合法,将1-烯丙基三丁基膦双三氟甲烷磺酰亚胺盐离子液体聚合物固载在空白硅胶上,并对硅胶固载离子液体聚合物进行了FTIR红外光谱和CO2吸附性能检测。研究了温度、压力和孔径分布等对CO2吸附选择性的影响,并计算了其CO2吸附热力学参数。结果表明:相比于空白硅胶,采用溶液聚合法制备的固载离子液体聚合物具有发达的孔结构,且这种差异在孔径分布为0.5~0.6nm时表现更加明显;制备的吸附剂在常温高压条件下表现出良好的吸附性能,且对CO2/N2具有较高选择性;该固载离子液体聚合物的吸附为放热反应,且为自发的物理吸附过程。     

氮吸附法表征多孔材料的孔结构

采用低温氮吸附法表征了具有不同孔结构的碳纳米管、碳分子筛、活性炭、分子筛和石墨化炭黑等多孔材料的孔径分布。氮吸附一脱附等温线利用康塔公司NOVA3000在相对压力0．001-1范围内测定。五种材料的比表面积在100-1000m2／g之间。低压下的吸附等温线和高压下的脱附等温线分别用HK方法和BJH方法解析,结果表明:五种多孔材料既含有发达的微孔,又含有一定数量的中孔。孔径大小及其分布的细微信息在色谱采样中能够预测吸附剂的吸附性能,也是新型多孔材料开发的关键。     

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。     

焦粉基碳吸附材料对氟离子吸附性能研究

采用废弃焦粉为原料,以NaClO为改性剂制备焦粉基碳吸附材料,考察活化温度、时间、粒径、浸渍比等对焦粉基碳吸附材料吸附性能的影响,并通过脱附实验研究了吸附材料的回收吸附性能。结果表明焦粉基碳吸附材料对氟离子具有很好的吸附效果,且平衡液浓度达到国家饮用水标准。     

Efficient CO2 adsorption and mechanism on nitrogen-doped porous carbons

In this work, nitrogen-doped porous carbons (NACs) were fabricated as an adsorbent by urea modification and KOH activation. The CO₂ adsorption mechanism for the NACs was then explored. The NACs are found to present a large specific surface area (1920.72– 3078.99 m²·g⁻¹) and high micropore percentage (61.60%–76.23%). Under a pressure of 1 bar, sample NAC-650-650 shows the highest CO₂ adsorption capacity up to 5.96 and 3.92 mmol·g⁻¹ at 0 and 25 °C, respectively. In addition, the CO₂/N₂ selectivity of NAC-650-650 is 79.93, much higher than the value of 49.77 obtained for the nonnitrogen-doped carbon AC-650-650. The CO₂ adsorption capacity of the NAC-650-650 sample maintains over 97% after ten cycles. Analysis of the results show that the CO₂ capacity of the NACs has a linear correlation (R² = 0.9633) with the cumulative pore volume for a pore size less than 1.02 nm. The presence of nitrogen and oxygen enhances the CO₂/N₂ selectivity, and pyrrole-N and hydroxy groups contribute more to the CO₂ adsorption. In situ Fourier transform infrared spectra analysis indicates that CO₂ is adsorbed onto the NACs as a gas. Furthermore, the physical adsorption mechanism is confirmed by adsorption kinetic models and the isosteric heat, and it is found to be controlled by CO₂ diffusion. The CO₂ adsorption kinetics for NACs at room temperature and in pure CO₂ is in accordance with the pseudo-first-order model and Avramís fractional-order kinetic model.     

负载型离子液体吸附分离CO2的研究现状及展望

人口增长与全球工业化的加速发展促使化石能源需求量逐年递增,由此导致大气中二氧化碳（CO₂）含量快速上升并引发了全球系列气候问题,“碳达峰·碳中和”背景下的CO₂减排刻不容缓。传统工业捕集CO₂方法由于能耗高、选择性较差、溶剂损耗大等问题限制了其大规模推广应用,离子液体因其极低挥发性、强的气体亲和性、可调的结构性质等特点在CO₂捕集分离领域逐渐显示出独特优势,但离子液体特别是功能化后通常黏度较高或室温呈固态,导致气液传质效果差或无法直接应用于吸收分离过程。负载型离子液体兼具离子液体和多孔材料的共同优势,不仅能提升选择性分离效果,有效避免离子液体直接吸收造成的高黏度,还可拓展离子液体应用范围,具有广阔的发展前景。重点总结了近些年物理和化学负载型离子液体在CO₂吸附分离方面的研究现状和进展,并对负载型离子液体捕集分离CO₂研究的发展趋势进行了展望。     

负载型离子液体吸附分离CO2的研究现状及展望

人口增长与全球工业化的加速发展促使化石能源需求量逐年递增,由此导致大气中二氧化碳（CO₂）含量快速上升并引发了全球系列气候问题,“碳达峰·碳中和”背景下的CO₂减排刻不容缓。传统工业捕集CO₂方法由于能耗高、选择性较差、溶剂损耗大等问题限制了其大规模推广应用,离子液体因其极低挥发性、强的气体亲和性、可调的结构性质等特点在CO₂捕集分离领域逐渐显示出独特优势,但离子液体特别是功能化后通常黏度较高或室温呈固态,导致气液传质效果差或无法直接应用于吸收分离过程。负载型离子液体兼具离子液体和多孔材料的共同优势,不仅能提升选择性分离效果,有效避免离子液体直接吸收造成的高黏度,还可拓展离子液体应用范围,具有广阔的发展前景。重点总结了近些年物理和化学负载型离子液体在CO₂吸附分离方面的研究现状和进展,并对负载型离子液体捕集分离CO₂研究的发展趋势进行了展望。     

State of the art of ionic liquid-modified adsorbents for CO2 capture and separation

The enormous emission of carbon dioxide (CO₂) from industries has triggered a series of environmental issues. In recent years, ionic liquids (ILs) as novel absorbents are widely used for CO₂ capture owing to their low vapor pressure and tunable structures. IL-modified adsorbents have the advantages of both ILs and porous supports, such as high CO₂ selectivity and high specific surface area, which are novel agents to capture CO₂ with broad application prospects. In this review, more than 140 IL-modified adsorbents for CO₂ capture in recent years were systematically summarized. The types of ILs including conventional ILs and functionalized ILs on CO₂ separation performance of different IL hybrid adsorbents, and their adsorption mechanisms were also discussed. Finally, future perspectives on IL-modified adsorbents for CO₂ separation were further posed.     

Promoted adsorption of CO2 on amine‐impregnated adsorbents by functionalized ionic liquids

Amine‐impregnated adsorbents are promising alternatives to aqueous amines for CO₂ capture. However, the diffusion‐controlled CO₂ adsorption process is a significant issue associated with them, resulting in the insufficient utilization of amine groups. Herein, we propose the use of functionalized ionic liquids 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium acetate ([emim][Ac]) with chemical reactivity to CO₂ and low viscosity as the additive to amine‐impregnated adsorbents. The key is that [emim][Ac] does not show drastic increase in viscosity after reacting with CO₂. Taking the polyethyleneimine (PEI)‐impregnated SBA‐15 as a model system, it is found that the CO₂ capacities of PEI/SBA‐15 composites are improved by 86%, and the active site efficiencies are improved by 270%, after the addition of [emim][Ac]. The addition of [emim][Ac] to PEI/SBA‐15 composites also helps improve the CO₂ adsorption rate and recycling stability of composites. Therefore, [emim][Ac] offers the opportunity to fabricate amine‐impregnated adsorbents with simultaneously improved CO₂ capacities, adsorption kinetics, and recycling stability. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 3671–3680, 2018     

多孔液体设计制备及性能分析研究进展

多孔液体（porous liquids,PLs）作为一种新型材料,由于兼具固体多孔性和液体流动性,在催化、储能、石油化工、光电材料、气体吸附分离、气体储运、生物医药等领域具有广泛的应用前景。但多孔液体制备过程中存在合成路线复杂、有机溶剂挥发、液体黏度大、久置沉淀等问题,制约了多孔液体的进一步发展与应用。本文围绕多孔液体的设计制备过程中存在的可行性、稳定性、流动性及碳捕集性能等问题,阐述了多孔液体的种类,综述了近年来多孔液体制备方法和流程以及多孔液体内核外冠结构对稳定性、流动性的影响,概述了目前多孔液体在碳捕集方面的研究进展。最后对多孔液体在制备合成方面的挑战进行了归纳总结,在气体吸附分离及其他方面的应用进行了展望。     

改性活性碳纤维对CO2的吸附性能

为了进一步提高活性碳纤维的CO₂吸附量和抗水性能,采用浸渍法将活性碳纤维进行改性处理,得到一系列改性样品,并对其进行了SEM和FTIR表征。研究了活性碳纤维种类、浸渍试剂（NaOH溶液、ZnCl₂溶液及离子液体）等对吸附剂孔结构、CO₂吸附量、循环使用性和抗水性能的影响,并探讨了CO₂在改性活性碳纤维内的动力学吸附扩散行为。研究结果表明：改性活性碳纤维的CO₂吸附性能和抗水性能均显著改善,其中CO₂最高吸附量达24.4%（0.1MPa和25℃）,吸湿率减小到1.33%,且具有良好的吸附/脱附循环使用性。均相扩散模型（HSDM）描述了实时吸附数据,此模型能够较好地反映CO₂在样品内的扩散行为,改性活性碳纤维仍能保持良好的扩散速率,扩散系数D_s值数量级为10^-5m²/s,与空白活性碳纤维相当。     

多孔液体在CO2捕集与利用领域的研究进展

为助力中国早日实现“双碳目标”,深入落实化工领域绿色低碳可持续发展的重要举措,吸附-吸收耦合有望成为气体分离的绿色变革性分离技术,其关键是高性能吸附（收）材料的开发。多孔液体（PLs）作为一类具有永久孔隙的液体材料,兼具了液体吸收剂的易于管道输送、传质传热效果好等优点和固体吸附剂的高比表面积、高孔隙率等优点,有望成为新一代CO2捕集的绿色变革性介质。该文首先简单介绍了多孔液体发展脉络;然后,重点聚焦于多孔液体在CO2的吸附/吸收、膜分离、催化转化等领域的应用展开探讨,并对多孔液体性能和优缺点进行分析归纳。最后,对多孔液体目前面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。     

碱式碳酸镁催化酚醛聚合制备多孔炭及其CO2吸附性能

利用碱式碳酸镁的催化功能及易分解特性,实现间苯二酚、甲醛的快速凝胶,炭化得到孔隙发达的整体式多孔炭(MCM-Mg),其轴向抗压强度达9.4 MPa。与普通碳酸盐催化的样品相比,MCM-Mg孔隙更为发达。273 K下该系列样品的静态CO₂吸附量可达3.49~4.50 mmol·g^-1 (0.1 MPa),0.015 MPa最高可达1.87 mmol·g^-1。研究发现,微孔对材料吸附性能起主导作用;MCM-Mg的单位微孔比表面积可吸附7.15 μmol CO₂,超过了大部分活化法制备的炭材料。多组分动态穿透实验表明,该系列材料可实现CO₂/N₂的完全分离;材料具有良好的耐水汽性能和循环吸附-脱附性能,室温下经惰性气体吹扫即可实现再生。