改性炭凝胶吸附低浓度二氧化碳及电解吸性能

针对密闭空间二氧化碳浓度低难捕集且吸附剂再生困难的现状,利用碳基材料良好的导电导热性能,采用电解吸工艺实现吸附剂的高效脱附,为碳基材料吸附低浓度CO₂的研究提供理论依据。采用溶胶-凝胶法,在成胶过程中掺入金属合成金属-炭凝胶载体,再通过四乙烯五胺(TEPA)浸渍制备固态胺吸附剂,考察掺杂金属对CO₂脱附的催化促进作用,同时探讨电解吸工艺的可行性。实验结果表明:脱附初始阶段,电脱附速率大于热脱附,且能更快达到最大脱附速率,因此电脱附具有快速高效的优势。且研究发现,相对于铜、锆等,掺铈材料吸/脱附速率快,吸/脱附量大,且电脱附能耗最少,具有一定的研究价值和意义。     

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。     

H2S对铝基固态胺吸附剂吸附CO2性能的干扰机制

H₂S杂质对固态胺吸附剂吸附CO₂性能的干扰机制还缺少全面研究。以Al₂O₃为载体负载聚乙烯亚胺(PEI)制备铝基固态胺吸附剂(PEI@Al₂O₃),系统探究了H₂S对其CO₂吸附容量、吸附速率和循环吸附性能的影响规律。结果表明：H₂S与CO₂共存时,会相互抢占吸附剂上的胺基活性位点,从而发生竞争性吸附,但在模拟沼气条件(40%CO₂+59.5%CH₄+0.5%H₂S)下,H₂S的吸附竞争力远小于CO₂,H₂S吸附被抑制,且二者的最佳吸附温度不一致,在CO₂最佳吸附温度下,PEI@Al₂O₃的CO₂吸附容量和循环稳定性均不受H₂S干...     

操作条件对Zr掺杂钙基CO2吸附剂吸附性能的影响研究

寻找简便有效的方法对CO₂进行捕集和封存,是未来实现“双碳”目标、保障能源安全和实现可持续发展的重要手段。钙基吸附剂因具有高CO₂吸附容量、价格低、脱碳效率高、对设备污染少等优点,在高温吸附领域显示出广阔的应用前景,但在多次吸附、再生循环过程中容易烧结、循环稳定性差。针对稳定性良好的Zr掺杂改性钙基吸附剂,探究操作温度和操作气氛等操作条件对吸附性能的影响。利用热重分析仪(TGA)进行了5种操作条件下吸附性能评价,同时采用SEM、CO₂-TPD、XRD等进行表征。结果表明：吸附温度在650℃,脱附温度为700℃,吸附氛围为30%CO₂/70%N₂时改性吸附剂性能最好,且经过20次吸脱附循环后没有明显变化。在其他操作条件一定的情况下,随着脱附温度的升高,吸附性能降低,烧结现象更显著;随着CO₂浓度的增加,评价后样品的粒径逐渐增大。与CaO相比,Zr掺杂改性吸附剂的中强碱性位更强。     

中空笼球状Ca基CO2吸附剂的合成及其循环吸脱附性能研究

以水热法制备的碳球为模板,经尿素水解和煅烧活化获得具有中空笼球结构的纳米CaO,该纳米CaO经高温活化后能有效克服普通商业CaO高温下循环吸附CO₂时易烧结失活的问题。在同步热分析仪上对其吸脱附性能进行了评估,结果表明,中空笼球结构有利于CO₂的扩散与传质,从而增强吸附反应的进行;在850℃下活化3 h后获得的吸附剂具有最好的热稳定性;其CO₂最大吸附量可达0.696 4 g_CO2/（g吸附剂）,且在经历50次吸脱附循环后,仍能保持理论吸附量的64.5%。     

介孔SiO2吸附CO2的性能研究

以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,端氨基聚氧化丙烯醚（D2000）为模板剂,在水和乙醇的混合溶液中合成了蠕虫状介孔结构的介孔SiO₂（记为MSU-J）。采用物理浸渍的方法利用四乙烯五胺（TEPA）改性介孔MSU-J。采用红外、N₂吸附/脱附、元素分析表征改性介孔SiO₂。红外测试表明,经过物理浸渍可以将有机胺负载到介孔SiO₂上。N₂吸附/脱附试验表明,经过氨基修饰后,介孔SiO₂的介孔结构没有发生变化,但是介孔的孔容、孔径以及比表面积随着氨基浸渍量的增加而减小。在25℃和45℃,0.1 MPa下的纯CO₂吸附试验表明,氨基改性材料对CO₂吸附效果明显提高。当浸渍量为20%、吸附条件为25℃/0.1 MPa时,吸附量达到最大值138.6mg/g。当氨基含量继续增加时,吸附量反而降低。循环性试验表明,制备的吸附剂具有良好的循环性能,循环使用6次,材料的吸附量下降很少。     

甲醇对于PEI-SBA固态胺制备及其性能的影响

固态胺材料具有优异的二氧化碳(CO₂)选择吸附性能,是一类潜在的CO₂捕集材料。作为一种重要的固态胺材料,SBA-15负载聚乙烯亚胺(PEI-SBA-15)由于原材料较为廉价且性能优异受到了大量的关注。PEI-SBA-15的制备过程需要采用甲醇溶剂,而溶剂使用量对于其CO₂吸附性能的影响尚无系统研究。系统研究了溶剂使用量对SBA-15负载聚乙烯亚胺的CO₂吸附性能的影响。研究结果表明,可以同时实现提升CO₂吸附性能和CO₂/N₂选择性和大幅降低甲醇的使用量。对于降低PEI-SBA-15的制备成本以及提升制备过程环保性具有重要意义。     

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。     

固废源固态胺吸附剂用于CO2捕集研究进展

固态胺吸附剂在CO₂捕集领域具有广阔应用前景，但其所用基体材料多为有序介孔材料，存在合成工艺复杂、成本昂贵、环境污染严重等问题，制约了固态胺吸附剂的工业化应用。近年来，固废源固态胺吸附剂因基体材料具有潜在的成本优势引起了国内外研究者的广泛关注。本文综述了近年来固废源基体材料在原料选取、基体材料合成和扩孔方面的研究进展，以及固废源固态胺的制备方式、用于CO₂捕集过程中吸附性能和循环稳定性的表现。最后，探讨了固废源固态胺吸附剂当前存在的挑战，并对其发展趋势进行了展望。     

氧化镁基二氧化碳吸附剂的制备及改性研究进展

CO₂浓度的增加会引起全球变暖、海平面上升和冰川融化等环境问题，因此开发CO₂捕集技术刻不容缓。Mg O作为一种理想的CO₂吸附剂已成为研究热点。综述了Mg O基CO₂吸附剂的制备方法，探讨了不同方法对Mg O的比表面积、CO₂吸附容量和循环稳定性的影响。研究发现，采用沉淀法和溶胶-凝胶法制备的Mg O具有更大的比表面积和更多的碱性位点，有效地提高了其捕集CO₂的能力；采用熔盐掺杂改性法制备的Mg O基吸附剂对CO₂捕集能力显著提高，多次吸-脱附循环后仍保持较高的CO₂吸附容量。未来对Mg O基CO₂吸附剂的研究主要集中在MgO的改性方法、工艺条件优化和捕集机制等方面，进而推进MgO基CO₂吸附剂的工业化应用。     

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。     

Amine-immobilized HY zeolite for CO2 capture from hot flue gas

Solid amine-based adsorbents were widely studied as an alternative to liquid amine for post-combustion CO₂ capture (PCC). However, most of the amine adsorbents suffer from low thermal stability and poor cyclic regenerability at the temperature of hot flue gases. Here we present an amine loaded proton type Y zeolite (HY) where the amines namely monoethanolamine (MEA) and ethylenediamine (ED) are chemical immobilized via ionic bond to the zeolite framework to overcome the amine degradation problem. The MEA and ED of 5%, 10% and 20% (mass) concentration – immobilized zeolites were characterized by X-ray diffraction, Fourier-transform infrared spectroscopy, and N₂ -196 ℃ adsorption to confirm the structure integrity, amine functionalization, and surface area, respectively. The determination of the amine loading was given by C, H, N elemental analysis showing that ED has successfully grafted almost twice as many amino groups as MEA within the same solvent concentration. CO₂ adsorption capacity and thermal stability of these samples were measured using thermogravimetric analyser. The adsorption performance was tested at the adsorption temperature of 30, 60 and 90 ℃, respectively using pure CO₂ while the desorption was carried out with pure N₂ purge at the same temperature and then followed by elevated temperature at 150 ℃. It was found that all the amine@HY have a substantial high selectivity of CO₂ over N₂. The sample 20% ED@HY has the highest CO₂ adsorption capacity of 1.76 mmol·g^-1 at 90 ℃ higher than the capacity on parent NaY zeolite (1.45 mmol·g^-1 only). The amine@HY samples presented superior performance in cyclic thermal stability in the condition of the adsorption temperature of 90 ℃ and the desorption temperature of 150 ℃. These findings will foster the design of better adsorbents for CO₂ capture from flue gas in post-combustion power plants.     

五乙烯六胺改性制备CO2吸附剂及其对模拟烟气中CO2捕集性能的研究（英文）

A novel solid support adsorbent for CO2 capture was developed by loading pentaethylenehexamine (PEHA) on commercial y available mesoporous molecular sieve MCM-41 using wet impregnation method. MCM-41 sam-ples before and after PEHA loading were characterized by X-ray powder diffraction, N2 adsorption/desorption, thermal gravimetric analysis and scanning electron microscope to investigate the textural and thermo-physical properties. CO2 adsorption performance was evaluated in a fixed bed adsorption system. Results indicated that the structure of MCM-41 was preserved after loading PEHA. Surface area and total pore volume of PEHA loaded MCM-41 decreased with the increase of loading. The working adsorption capacity of CO2 could be significantly improved at 60%of PEHA loading and 75 °C. The effect of the height of adsorbent bed was investigated and the best working adsorption capacity for MCM-41-PEHA-60 reached 165 mg·(g adsorbent)?1 at 75 °C. Adsorption/desorption circle showed that the CO2 working adsorption capacity of MCM-41-PEHA kept stable. ? 2014 The Chemical Industry and Engineering Society of China, and Chemical Industry Press. Al rights reserved.     

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。     

脱硫石膏改性固体胺复合材料的制备及脱碳性能

将榴莲壳碳化制备生物炭（BC）,与硅钙渣混合作复合载体,在其表面浸渍负载五乙烯六胺（PEHA）,并加入含水分的脱硫石膏（FGDG）,得到胺功能化的含水CO₂固体吸附剂,与不含脱硫石膏的吸附剂相比吸附活性明显改善。通过FT-IR、TGA、SEM及N₂吸脱附等手段对吸附剂进行了表征,并在固定床反应器中考察了吸附剂脱硫石膏含量、吸附温度和CO₂浓度对吸附性能的影响。结果表明,脱硫石膏中水的存在改变了氨基与CO₂的相互作用机理。当脱硫石膏含量为30%、吸附温度为85℃时,CO₂最大吸附量为2.33 mmol/g。经12次循环再生后吸附量仅下降了4.2%,表现出良好的吸附稳定性。Clausius-Clapeyron方程计算的等量吸附热介于物理与化学吸附热之间,说明吸附过程中物理与化学作用同时进行。用多个动力学模型对实验数据进行拟合,pseudo-first-order与pseudo-second-order模型均不能准确拟合实验数据,而Avrami模型可较好地拟合整个吸附过程,进一步验证BC/SCS-PEHA-30% FGDG的CO₂吸附过程并非单纯的物理或化学吸附,而是两者同时发生。     

Synthesis and CO2 adsorption behavior of amine‐functionalized porous polystyrene adsorbent

A solid amine adsorbent was prepared by modifying a porous polystyrene resin (XAD‐4) with chloroacetyl chloride through a Friedel–Crafts acylation reaction, followed by aminating with tetraethylenepentamine (TEPA). The adsorption behavior of CO₂ from a simulated flue gas on the solid amine adsorbent was evaluated. Factors that could determine the CO₂ adsorption performance of the adsorbents such as amine species, adsorption temperature, and moisture were investigated. The experimental results showed that the solid amine adsorbent modified with TEPA (XAD‐4‐TEPA), which had a longer chain, showed an amine efficiency superior to the other two amine species with shorter chains. The CO₂ adsorption capacity decreased obviously as the temperature increased because the reaction between CO₂ and amine groups was an exothermic reaction, and its adsorption amount reached 1.7 mmol/g at 10 °C in dry conditions. The existence of water could significantly increase the CO₂ adsorption amount of the adsorbent by promoting the chemical adsorption of CO₂ on XAD‐4‐TEPA. The adsorbent kept almost the same adsorption amount after 10 cycles of adsorption–desorption. All of these results indicated that amine‐functionalized XAD‐4 resin was a promising CO₂ adsorbent. © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2017 , 134, 45046.     

Ni/Al_2O_3催化剂的CO_2-TPD表征

Ni/Al_2O_3催化剂是甲烷二氧化碳重整反应制取合成气研究最多、最具应用潜力的一种催化剂。通过对催化剂进行CO_2-TPD研究,考察还原态Ni/Al_2O_3催化剂的CO_2脱附特性。结果表明,浸渍法制备的Ni/Al_2O_3催化剂CO_2脱附曲线呈现双峰,分别在(60~65)℃和(350~380)℃出现高低温两个活性位;高温CO_2吸附量为3.0 cm~3·g~(-1),低温CO_2吸附量为24.0 cm~3·g~(-1)。催化剂的CO_2吸附量与其Ni含量无关。考察选用不同载体的CO_2脱附行为,发现以Al_2O_3为载体的催化剂CO_2吸附量是MgO和SiO_2为载体催化剂的2~4倍,以TiO_2为载体的催化剂几乎不吸附CO_2。     

吸附法碳捕集固体胺吸附剂成型技术研究进展

吸附法碳捕集技术是实现工业过程或大气中CO₂分离与脱除的重要途径之一,高性能吸附剂的开发是该技术的关键。固体胺吸附剂由于其优异的CO₂吸附量、选择性以及较低的再生能耗,近年来受到了广泛的关注,但用于工业的成型吸附剂仍面临机械强度低、稳定性差和胺流失严重等关键难题,难以在工业中大范围的推广应用。本文分析了固体胺成型吸附剂制备面临的主要难题,重点总结了近年来国内外吸附剂成型技术的研发进展,并对固体胺工业吸附剂的发展方向进行了展望。未来固体胺吸附法碳捕集技术的研发重点在于立足吸附反应机理和工业烟气的特性,创新成型固体胺吸附剂制备技术,提升吸附剂的CO₂吸附量、胺效率、机械与循环稳定性,研发低能耗的配套吸附工艺和核心装置。