氨基修饰微孔/介孔复合材料AM-5A-MCM-41对CO_2吸附分离的分子模拟

构建了氨基修饰微孔/介孔复合材料AM-5A-MCM-41的全原子模型,采用巨正则Monte Carlo(GCMC)方法研究了它的CO2吸附分离性能,采用加权混合规则来描述氨基和CO2分子的弱化学作用。模拟结果表明,CO2分子优先吸附在复合材料介孔表面的氨基附近,CO2纯气体的吸附量和吸附热有了显著提高,而N2的吸附量和吸附热则基本不受影响。对于CO2和N2的混合气分离,由于复合材料对CO2的弱化学吸附作用,显著提高了CO2吸附量和吸附选择性,在573 K和100 kPa时CO2/N2的选择性达到了87.0。通过分子模拟研究可以从微观角度了解CO2在氨基修饰的微孔/介孔复合材料中的吸附分离的细节和机理,为实验设计和合成高效CO2吸附剂提供指导。     

介孔SiO_2表面的氨基修饰及吸附性能研究

以十六胺为模板剂、正硅酸乙酯为硅源合成了多孔球形结构的介孔SiO2,用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(ATES)对介孔SiO2进行了表面修饰,得到了氨基嫁接介孔ATES-SiO2。利用XRD、BET、IR等方法分别测定了SiO2和ATES-SiO2的结构与性质,结果表明-NH2已成功接枝于介孔ATES-SiO2的孔道内表面。在常温常压下测得介孔SiO2和ATES-SiO2对CO2的吸附量分别为0.93 mmol/g和4.87 mmol/g。     

基于氨基功能化介孔硅的Pb^2+选择性吸附剂

采用后接枝法将氨丙基三乙氧基硅烷接枝到二氧化硅网络中，合成了氨丙基功能化的MCM-41介孔硅。FTIR结果显示，氨基被共价键键合到了介孔硅基体上。实验结果表明，所制备的功能化材料可以选择性吸附水溶液中的pb2＋，最大吸附量为193mg·g1。     

基于氨基功能化介孔硅的pb2＋选择性吸附剂

采用后接枝法将氨丙基三乙氧基硅烷接枝到二氧化硅网络中,合成了氨丙基功能化的MCM-41介孔硅.FTIR结果显示,氨基被共价键键合到了介孔硅基体上.实验结果表明,所制备的功能化材料可以选择性吸附水溶液中的Pb2+,最大吸附量为193 mg·g-1.     

氨基改性有序介孔氧化铝吸附二氧化碳性能研究

采用硝酸铝为铝源,碳酸铵为沉淀剂,聚乙二醇（PEG1450）为模板剂,合成廉价的有序介孔氧化铝 （OMA）作为吸附剂载体。以2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）为氨基化表面修饰剂,对OMA采用过量浸渍法进行表面氨基化,制备一种高性能低成本的二氧化碳吸附剂OMA-AMP。通过BET法比表面积测定、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、红外光谱（IR）等表征方法对改性前后吸附剂的比表面积、孔结构等特性进行表征,结果表明制备的 OMA-AMP具有比表面积大、孔径分布窄、孔结构有序等特点。利用模拟烟道气,从浸渍时间、吸附床层温度、气体流量以及AMP浓度4个变量考察吸附剂的性能。结果表明,OMA经过质量分数为50%的AMP浸渍12 h,在吸附温度为70 ℃、气体流量为40 mL/min条件下,OMA-AMP对二氧化碳的吸附量高达84.15 mg/g;吸附剂吸附性能较稳定,再生容易且效果良好;吸附剂制备成本低廉,吸附效率高。该吸附剂可以解决在二氧化碳捕集技术中成本居高不下的问题,在工业上具有实际应用价值。     

氨基功能化介孔硅材料对SO_2吸附性能研究

以十六烷基三甲基溴化铵作为结构导向剂,正硅酸乙酯作为硅源,3-氨基丙基三乙氧基硅烷作为功能基团,采用共缩聚的方法制备了一系列氨基功能化介孔硅材料(AFM),并研究其对二氧化硫气体的吸附性能。采用N2吸附、X射线衍射、红外光谱、透射电镜等手段对材料进行表征。实验结果表明,氨基功能化介孔硅材料具有较大的比表面和孔体积,对酸性二氧化硫气体有较强的吸附能力。     

氨基改性介孔二氧化硅对2-萘磺酸的吸附研究

用预水解法合成氨基改性介孔二氧化硅,考察了它对2-萘磺酸的吸附作用。实验表明,材料对2-萘磺酸吸附的最佳pH值为2.5,在25℃下的吸附等温线符合Langmuir模型,饱和吸附量可达142.4mg/g。吸附动力学符合准一级吸附动力学方程,相关系数R2为0.9952。共存无机离子SO2-4对2-萘磺酸有竞争吸附影响。用0.05mol/L的NaOH溶液再生后的材料,重复使用5次均能保持良好的吸附效果,可用于2-萘磺酸废水的吸附处理。     

分子模拟二氧化碳在狭缝炭微孔中的吸附

Both the grand canonical Monte Carlo and molecular dynamics simulation methods are used to investigate the adsorption and diffusion of carbon dioxide confined in a 1.86 nm slit carbon pore at 4 temperatures from subcritical (120 K) to supercritical (313 K) conditions. Layering transition, capillary condensation and adsorption hysteresis are found at 120 K. The microstructure of carbon dioxide fluid in the slit carbon pore is analyzed. The diffusion coefficients of carbon dioxide parallel to the slit wall are significantly larger than those normal to the slit wall.     

MER型沸石吸附分离CO2/CH4的分子模拟

MER型沸石在吸附分离CO₂/CH₄方面展现出良好的工业应用前景,受到广泛关注,但还缺乏理论基础数据。本文采用巨正则蒙特卡洛（GCMC）模拟方法,以全硅MER型沸石作为对照,模拟分析了CO₂/CH₄在Na⁺、K⁺、Cs⁺和Ca²⁺交换的MER型沸石中的吸附分离行为。结果表明：不同阳离子交换的MER型沸石对CO₂和CH₄的吸附符合Langmuir-Freundlich吸附等温线模型,平衡吸附量的大小顺序为：Ca-MER＞Na-MER＞K-MER＞Cs-MER,与沸石的自由体积和比表面积大小顺序一致,且近似成线性关系,选用高价阳离子MER型沸石可以提高吸附量;CO₂和CH₄主要分布在沸石的pau笼中,在d8R笼和ste笼中也有少量分布;骨架外阳离子与CO₂的强吸附作用和独特的八元环窗口孔径是MER型沸石对CO₂/CH₄混合组分表现出超高吸附选择性的原因,吸附选择性高达1000以上。综合吸附量、吸附热和吸附选择性分析指出,Na-MER和K-MER型沸石是优良的CO₂吸附剂。本研究为MER型沸石吸附分离CO₂/CH₄提供了理论依据和实验指导。     

Atomistic simulations for adsorption and separation of flue gas in MFI zeolite and MFI/MCM-41 micro/mesoporous composite

Adsorption of pure CO₂ and N₂ and separation of CO₂/N₂ mixture in MFI zeolite and MFI/MCM-41 micro/mesoporous composite have been studied by using atomistic simulations. Fully atomistic models of MFI and MFI/MCM-41 are constructed and characterized. A bimodal pore size distribution is observed in MFI/MCM-41 from simulated small- and broad-angle X-ray diffraction patterns. The density of MFI/MCM-41 is lower than MFI, while its free volume and specific surface area are greater than MFI due to the presence of mesopores. CO₂ is preferentially adsorbed than N₂, and thus, the loading and isosteric heat of CO₂ are greater than N₂ in both MFI and MFI/MCM-41. CO₂ isotherm in MFI/MCM-41 is similar to that in MFI at low pressures, but resembles that in MCM-41 at high pressures. N₂ shows similar amount of loading in MFI, MCM-41 and MFI/MCM-41. The selectivity of CO₂ over N₂ in the three adsorbents decreases in the order of MFI>MFI/MCM-41>MCM-41. With increasing pressure, the selectivity increases in MFI and MFI/MCM-41, but decreases in MCM-41. The self-diffusivity of CO₂ and N₂ in MFI decreases as loading increases, while in MFI/MCM-41, it first increases and then drops.     

氨改性的介孔二氧化硅的直接合成和CO2吸附

Amine-functionalized mesoporous silica was prepared by using lauric acid and N-stearoyl-l-glutamic acid as structure directing agents via the SN+-I mechanism and applied to CO2 adsorption at room temperature. With γ-aminopropyltriethoxysilane as co-structure directing agent and due to the direct electrostatic interaction with anionic surfactant, most of the amino groups were uniformly distributed at the inner surface of pores and the performance was stable. The amine-functionalized mesoporous silica was characterized by Fourier transform infrared spectrometer, X-ray diffraction, nitrogen physisorption and thermogravimetric analysis. The CO2 adsorption capacity was measured by digital recording balance. At the room temperature and under the atmospheric pres-sure, the adsorption capacity of LAA-AMS-0.2 for CO2 and N2 is 1.40 mmol•g1 and 0.03 mmol•g1, respectively, indicating high separation coefficient of CO2/N2.     

MgO/MCM-41对二氧化碳的吸/脱附性能的研究

采用等体积浸渍法制备MgO/MCM-41作为吸附剂,通过静态吸附法对其吸附性能进行了测定。结果表明,制得的吸附剂只存在一个碱性位,二氧化碳吸附后主要以碳酸氢盐的形式存在。当MgO的负载量为20%的时候,对二氧化碳的吸附量最大,在30℃条件下,其对二氧化碳的吸附量为46.6 mg/g。     

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。     

疏水微／介孔材料的合成及其对苯及其同系物的吸附

以含氢聚甲基硅氧烷(PMHS)、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,在室温、无模板剂条件下合成了一种疏水微孔/介孔材料,通过调节PMHS/TEOS的比例,获得了3种具有不同微孔,介孔比例的多孔材料.并通过N2吸附,脱附、HRTEM、热重等手段对上述3种材料的结构特征及热稳定性进行了表征.结果发现,所得材料均具有微孔和介孔两种孔隙结构,且具有良好的热稳定性和疏水性,在500℃以下不会发生热分解.进一步利用脉冲色谱技术研究了上述3种材料对苯及其同系物的热力学吸附行为.结果表明,上述3种材料均能够实现苯及其同系物的完全分离,相应的亨利常数、吸附热、分离因子的大小顺序为:正丁基苯>正丙基苯>乙苯>甲苯>苯,且随着PMHS/TEOS比例的增加,亨利常数、吸附热以及分离因子都增加.     

碱/碱土金属修饰Ni基催化剂的CO2吸附与甲烷化性能

采用分步浸渍法制备了碱/碱土金属修饰Ni基催化剂Ni-M/Al₂O₃ (M=K₂CO₃, Na₂CO₃, MgO, CaO)。探究了碱/碱土金属的添加对改性Ni基催化剂CO₂吸附和甲烷化性能的影响。研究发现,碱/碱土金属的添加提高了Ni/Al₂O₃催化剂表面的碱性活性位点密度,强化了其CO₂吸附性能。碱/碱土金属类型影响Ni-M/Al₂O₃催化剂碱性活性位点的分布、NiO物相的转化及Ni的分散度,进而影响其甲烷化性能。MgO添加使NiO物相转化为与载体呈强相互作用的β型和γ型NiO,降低了催化剂表面的强碱性活性位点比例,有利于CO₂吸附活化。Ni-MgO/Al₂O₃的CO₂吸附容量最高为0.68mmolCO₂/g,其CO₂转化率和CH₄选择性分别高达58.4%和95.4%,其在烟气CO₂捕集与原位甲烷化中极具应用前景。     

PEI-MCM-41吸附剂的制备及其CO_2吸附性能研究

使用不同方法合成了MCM-41,制备出具有不同骨架结构和内部孔道结构的介孔分子筛。通过XRD、高倍投射电镜、低温氮吸附/脱附等方法对样品进行了表征分析。用PEI对MCM-41分子筛进行改性,然后使用热重方法测定了其对CO2的吸附量。结果表明,使用硅酸钠和硫酸为原料制备的样品具有较大的比表面积和孔容,在该样品上负载50%PEI吸附量达到了269.3 mg/g,是同等条件下单纯PEI吸附量的3.4倍。说明将PEI负载在具有大比表面积和孔容的MCM-41介孔分子筛上,可以使PEI得到充分分散,并充分利用PEI分子上的氨基。     

M-MOF-74吸附分离H2/He混合物的分子模拟研究

为了探究有机金属框架MOF-74能否作为一种优良的固体吸附剂,分离H₂/He混合物中H₂,并达到提纯He的目的,采用分子模拟的手段研究了H₂、He及H₂/He混合物在M-MOF-74（M=Mg、Co、Ni、Cu、Zn）上的吸附性能及吸附机理。结果表明,在1 bar（1 bar=10⁵ Pa）压力和25℃条件下,纯H₂对纯He在Ni-MOF-74上的选择性达6.58,而Mg-MOF-74对H₂的吸附量最大,其值为0.19 mmol·cm^-3,为He吸附量的6.46倍。当H₂/He混合物的浓度发生变化时,对其在M-MOF-74上的吸附分离因子没有较大影响,说明浓度变化不会影响M-MOF-74上吸附位点容纳H₂和He的能力。吸附位点和吸附热分析表明,MOF-74上的金属离子未饱和位点能够显著增强其对H₂的吸附能力。其结果对判断M-MOF-74是否具有分离H₂/He混合物的潜力,以及定量分析MOFs金属未饱和位点对H₂/He混合物分离的贡献提供了一定的理论基础。