多孔胺基化氧化石墨烯基材料对CO2的吸附性能研究

以乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)、四乙烯五胺(TEPA)、聚乙烯亚胺(PEI)等多胺基化合物为表面改性剂,氧化石墨烯(GO)材料为载体,采用嫁接法辅以超声处理制备了表面胺基功能化多孔吸附材料,用于CO₂气体的吸附捕集。所制备的多孔吸附材料孔径约为1.35~4.34 nm,比表面积约为98.032~210.465 m²/g。制备的四种吸附材料中,以PEI功能化吸附材料对CO₂的吸附容量最大,70℃下达到了1.5 mmol/g,且经过20次循环吸附/脱附实验后,其CO₂吸附量基本不变。吸附过程的吸附等温线线型为Ⅰ型优惠型,另外吸附实验数据与Avrami模型模拟结果符合性较好。     

PEI改性氧化石墨烯的制备及其CO_2的吸附

以氧化石墨烯(GO)和聚乙烯亚胺(PEI)为原料,将PEI接枝到GO表面,制备了PEI改性的氧化石墨烯复合材料(GPs),讨论了GO/PEI的不同质量比对复合材料孔隙结构和CO_2吸附性能的影响。通过全自动吸附仪对样品的孔隙结构进行了基本表征,并在不同条件下研究了GPs对CO_2的吸附脱附性能。结果表明:当GO/PEI的比例为1∶6时,比表面积达到最大值37 m~2/g,总孔容为0.064 cm~3/g,平均孔直径为69.1 nm,CO_2吸附量在273 K、3 MPa下最高达到645 mg/g。     

KOH活化制备多孔碳纤维及其CO_2吸附性能研究

采用活性碳纤维(ACFs)为原料,以KOH为化学活化剂,在ACFs:KOH的质量比为4∶1时,研究了不同活化温度下制备的多孔碳纤维的结构性能。用N2吸附仪测定多孔碳纤维的比表面积、孔容及孔径分布,通过变压吸附法研究了多孔碳纤维对CO_2的吸附性能,探讨了不同活化温度下对多孔碳纤维的孔隙结构及CO_2吸附量的影响。实验结果表明,活化温度对多孔碳材料的比表面积、孔径分布及孔容有良好的调控作用。当活化温度为900℃时,获得的多孔碳纤维有最大的比表面积(1702 m2/g)、最大孔容(0.902 cm3/g)及最大的CO_2吸附量(138 mg/g)。     

“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。     

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。     

类石墨烯多孔材料的制备及其气体吸附分离特性

以石墨粉(G)为原料,采用改进Hummers法制备氧化石墨(GO),通过热剥离及氢氧化钾(KOH)活化制备出性能优异的类石墨烯多孔材料(GPM)。利用低温氮吸附、高压吸附、X射线衍射分析和拉曼光谱分析等测试手段对材料进行结构性能表征。结果表明,该材料具有类石墨烯结构,比表面积达2 465.76 m~2/g,孔容为1.53 cm~3/g,平均孔径为3.05 nm。在20℃、3 MPa下对CO_2、CH_4和N_2的饱和吸附容量分别达到33.13、11.45 mmol/g和7.80 mmol/g。对于CH_4/N_2、CH_4/CO_2、CO_2/N_2的分离性能有所差异,分离系数依次为2.86、1.93、5.54,显示其在碳捕集及甲烷存储等方面具有良好的应用前景。     

γ-Al_2O_3负载型多胺基离子液体对CO_2的吸附特性

以γ-Al_2O_3载体,采用浸渍-蒸发法制备负载型多胺基离子液体(X[BF_4]/γ-Al_2O_3,X=[EDTAH]、[DETAH]、[TETAH]、[TEPAH]),以CO_2摩尔吸附量和平均CO_2吸附速率为评价指标,优选出对CO_2吸附效果最优的[TETAH][BF_4]/γ-Al_2O_3负载型离子液体,其对CO_2的吸附容量和平均吸附速率分别达到0.886 mmol CO_2/(g·SILs)和5.907×10~(-2)mmol CO_2/[(g·SILs)·min],进一步考察在不同温度、气体流量和负载比条件下该负载型离子液体对CO_2的吸附特性。结果表明,多胺基离子液体和载体共同影响着负载型离子液体对CO_2的吸附性能;[TETAH][BF_4]/γ-Al_2O_3吸附CO_2的最佳条件为负载比0.5:1~1:1、气体流量100 mL/min、温度60℃。     

亚氨乙酸型螯合吸附材料IAA-PEI/SiO2对重金属离子的螯合吸附行为

将聚胺大分子聚乙烯亚胺(PEI)接枝于微米级硅胶微粒表面,制得接枝微粒PEI/SiO2,然后使氯乙酸与PEI大分子中的伯、仲胺基发生亲核取代反应,形成亚氨乙酸(IAA)型螯合吸附材料IAA-PEI/SiO2. 研究了IAA-PEI/SiO2对重金属离子的螯合吸附行为和吸附机理. 结果表明,由于亚氨乙酸基团与重金属离子之间的静电作用与配位螯合作用,IAA-PEI/SiO2对重金属离子可产生强的螯合吸附作用,对Ni2+的吸附容量可达1.4 mmol/g;吸附过程为放热过程;在可抑制重金属离子水解的pH范围内,pH值越高,吸附能力越强;IAA-PEI/SiO2对重金属离子的吸附容量顺序为Ni2+> Pb2+>Cu2+>Cd2+.     

新型聚胺基微球制备及其吸附蛋白质性质

以反相乳液为模板,通过在聚乙烯亚胺（PEI）水溶液/液体石蜡的W/O乳状液中连续滴加戊二醛的方式,在液滴间聚并过程中,交联剂和PEI在油水界面发生交联反应,制备得到新型的聚胺基交联微球。所得微球表面光滑,球形对称,粒径分布范围0.37～4.29 ?m,平均粒径为 1.44 ?m。微球表面Zeta电位的等电点为10.6,热重分析结果表明交联反应提高了PEI的分解温度。吸附蛋白质的实验结果证明,微球能自脂肪酶、纤维素酶、?-淀粉酶、果胶酶的混合蛋白质溶液中选择性吸附脂肪酶,微球对所检测脂肪酶的最大吸附量为127.8 mg/g。     

聚乙烯亚胺原位改性多孔灯芯草高效吸附废水中的Cr(Ⅵ)

为了制备具有胺基利用率高、结构稳定、使用方便的Cr（Ⅵ）吸附材料,以聚乙烯亚胺（PEI）为胺基改性剂,具有类海绵多孔结构的灯芯草（JC）为支撑基材,将吸入JC的PEI通过环氧氯丙烷原位接枝于其纤维表面,获得可整块使用的多孔吸附材料（PEI-JC）。采用元素分析、SEM、FT-IR、XPS表征PEI-JC的组成与结构,分析PEI-JC对Cr（Ⅵ）的吸附机理。考察PEI浓度、溶液的pH、Cr（Ⅵ）浓度与共存化合物等因素对吸附的影响。结果表明,质量分数为10.0%的PEI所制备的PEI_10.0-JC,在30℃与pH为2.0的条件下,其Langmuir模型的最大吸附量为474.6 mg·g^-1;PEI_10.0-JC可将含各种共存化合物溶液中的Cr（Ⅵ）从10 mg·L^-1降至排放标准（0.5 mg·L^-1）以下;PEI_10.0-JC可重复使用,其结构在吸附过程中未发生明显变化;吸附与还原作用是PEI-JC去除水溶液中Cr（Ⅵ）的主要机制。     

伊利石模板法制备玉米芯基多孔碳吸附剂

以玉米棒芯为碳源,伊利石为模板剂,高温碳化活化制备不同质量比的玉米芯基多孔碳,采用全自动吸附仪对样品进行孔隙结构的表征。通过对CO_2、亚甲基蓝的吸附性能测试,研究了玉米芯基多孔碳的最佳质量比。当伊利石/玉米芯质量比为1∶0.5(YP-0.5)时,达到最大值比表面积(488 m~2/g),总孔容(0.273 cm~3/g),对亚甲基蓝吸附量达到了最大值104 mg/g(常温常压下)。当伊利石/玉米芯质量比为1∶2(YP-2)时,对CO_2吸附量达到了最大值112 mg/g(常温常压下)。     

配位不饱和金属-有机骨架材料吸附CO_2的研究进展

配位不饱和金属-有机骨架(MOFs)材料是一种极具潜力的小分子气体吸附分离储存材料。本文回顾了近几年MOFs材料在捕集CO_2领域的发展状况,对近年来研究比较集中的几种金属配位不饱和MOFs材料进行了详细的介绍与比较,如MIL系列、Cu-BTC系列及MOF-74等。该工作为系统地认识MOFs和拓展其未来在CO_2吸附分离领域的应用提供了帮助。本文同时也进一步指出不饱和金属配位的存在对多孔MOFs材料的吸附性能起着重要作用。在多孔MOFs材料对CO_2捕集效果仍不能满足工业需求的现状下,预测合理设计MOFs的金属配位中心且通过活化处理调控MOFs中金属的配位状况,甚至对其孔道表面功能化修饰将是该类型材料的发展方向,并在最后从制备方法、金属中心的选择与表面改性3方面作了总结。     

多孔氮化硼纳米纤维的可控合成及功能化研究

为得到尺寸可控、具有大比表面积的多孔氮化硼材料,以硼酸和三聚氰胺为原料采用前驱体高温裂解法制备了多孔氮化硼纳米纤维(BNNF)。通过改变前驱体合成方式得到不同尺寸的多孔BNNF材料,探究前驱体处理方式对产物结构和形貌的影响;通过选择合适的反应气氛实现BNNF的功能化,以期对BNNF表面性质进行调控。实验结果表明,所得多孔BNNF形貌均一、尺寸可控,纤维表面存在大量孔隙且最高比表面积达到1000 m^(2)/g以上;生长过程中的氨气与氩气的混合气氛可将BNNF功能化,成功将羟基和氨基引入BNNF表面。     

三维GO/PEI复合材料的制备及其对六价铬的吸附

利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),将其与聚乙烯亚胺(PEI)发生交联反应得到三维GO/PEI复合材料,然后通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱对三维GO/PEI复合材料进行表征。利用静态吸附实验研究三维GO/PEI复合材料对六价铬的吸附性能。实验结果表明,三维GO/PEI复合材料为多孔结构,其表面具有丰富的官能团。平衡吸附时间为20h;六价铬的吸附容量随着pH值的减小而增大,在pH=2时吸附量达最大值为38.2 mg/g;吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型;当温度为308 K时,吸附为自发的吸热过程。     

Schiff碱功能化镉离子印迹材料的制备及对Cd(Ⅱ)的选择性吸附性能

制备了Schiff碱功能化镉离子印迹材料,并研究了其对Cd(Ⅱ)离子的选择性吸附性能。利用水热法制备了Schiff碱功能化镉离子印迹材料,采用静态法测量了相关的吸附数据。结果表明:Schiff碱功能化镉离子印迹材料对Cd(Ⅱ)离子的吸附容量为48.5 mg/g,吸附平衡20 min完成,最佳p H值范围为4～8,且Schiff碱功能化镉离子印迹材料对Cd(Ⅱ)离子选择性好。Schiff碱功能化镉离子印迹材料对Cd(Ⅱ)离子的吸附具有高选择性,吸附速率快,且吸附容量较高等特点。     

葡萄糖基多孔碳材料对CO_2/CH_4的分离性能

以淀粉糖(主要成分为葡萄糖)为碳前体,制备了一系列多孔碳材料(C-GLCs-800),对其进行孔隙结构分析,并应用FT-IR、SEM、TGA对其进行了表征,测定了材料在288、298和308 K下的CO_2和CH_4吸附等温线,根据IAST理论预测了材料对CO_2/CH_4二元体系的吸附选择性。实验结果显示,活化条件对材料的孔隙结构有明显影响,随着KOH/C质量比的增加,所制备的C-GLCs-800比表面积和总孔容先增加后降低。其中C-GLC-800-4的BET比表面积高达3153 m2·g~(-1),总孔容为2.056 cm3·g~(-1)。C-GLC-800-2的窄微孔(Vd1 nm,孔容0.3538 cm3·g~(-1))含量最高,为30.63%。C-GLC-800-2在298 K和105 Pa下对CO_2吸附量高达3.96 mmol·g~(-1),明显高于许多传统吸附材料和MOFs材料在相同条件下对CO_2的吸附容量。应用Clausiuse-Clapeyron方程计算了CO_2和CH_4在材料上的吸附热,应用IAST理论计算了CO_2/CH_4的吸附选择性,结果显示C-GLC-800-2对CO_2/CH_4的吸附选择性为8.35。     

淀粉基多孔碳材料的制备及其吸附CO_2/CH_4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CO_2/CH_4的吸附性能测试,计算吸附热以及材料对CO_2/CH_4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CO_2吸附容量主要取决于其孔径小于0.8 nm的累积孔容(Vd0.8 nm)。材料的超微孔的孔容越大,其对CO_2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CO_2的吸附量达到4.2 mmol·g-1,其对CO_2的吸附热明显高于其对CH_4吸附热,其对CO_2/CH_4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。     

四乙烯五胺改性多孔二氧化硅制备及CO2吸附性能

以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂，原硅酸乙酯（TEOS）为硅源，1,3,5-三异丙基苯（TPB）为扩孔剂，制备不同孔道结构的多孔二氧化硅纳米微球（PSNs），将四乙烯五胺（TEPA）通过物理浸渍法负载到PSNs上，合成TEPA-PSNs吸附剂。利用扫描电镜、透射电镜、红外光谱、N₂吸附-脱附循环实验和热重分析对材料的结构性能和热稳定性能进行表征，成功制备了具有不同孔道结构的胺基化多孔二氧化硅。对吸附剂材料进行CO₂吸脱附实验和动力学研究，结果表明：当TPB含量增多时，吸附剂材料吸附的CO₂量也随之增大，并且TEPA-PSNs-0.5在75℃时吸附量最大，达4.70mmol/g；一阶动力学模型能较好地预测该吸附剂的CO₂吸附过程；经过5次循环，其再生性能仍然高达94.34%。因此，合成的胺基化多孔二氧化硅具有高吸附量和良好稳定性，是用于二氧化碳捕集的潜在材料。     

SiO_2-TiO_2多孔复合材料的制备及其吸附性能研究

以四异丙基钛酸酯(TIP)和正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用表面活性剂自组装软模板法将SiO2掺杂到TiO2中,成功制备了SiO2-TiO2有序多孔复合材料。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和红外光谱分析(FTIR)等测试手段对材料进行了表征,结果表明:SiO2-TiO2多孔复合材料中存在Ti—O—Ti、Si—O—Si和Ti—O—Si 3种化学键。将制备的多孔复合材料进一步—SO3H功能化(SiO2-TiO2-SO3H),以水溶液中的碱性品红为目标污染物,考察了改性材料对染料的吸附性能,结果显示,经—SO3H功能化的材料具有较优的吸附性能,吸附率达到90%以上。染料的吸附动力学能很好的符合伪二级动力学模型,经线性拟合得到的相关系数R2均大于0.996。     

混合胺改性SBA-15的二氧化碳吸附特性

为实现廉价高效的二氧化碳捕集，新型燃烧后CO₂捕集固体吸附材料的设计和开发具有重要的研究意义。为提高CO₂吸附量，胺功能化改性吸附剂的方法主要有湿浸渍和表面嫁接。基于此，提出了“混合胺”修饰的概念，把湿浸渍和表面嫁接两种改性技术结合起来。把3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTS）嫁接到分子筛SBA-15孔道表面，再把聚乙烯亚胺（PEI）浸渍到载体孔道的间隙，制备出高密度胺功能化的CO₂吸附剂。主要考察了不同含量的PEI和APTS功能化SBA-15的结构性能、CO₂吸附量及胺吸附效率。CO₂吸附结果表明，混合胺功能化SBA-15吸附主要依赖于动力学扩散。其中，SBA-15-（APTS-0.5-PEI-50），SBA-15-（APTS-1.0-PEI-50）和SBA-15-（APTS-2.0-PEI-30）在75℃时具有很好的吸附潜力。混合胺功能化SBA-15的胺吸附效率介于单纯嫁接和单纯浸渍的胺功能化SBA-15之间。