用于SO2高效脱除的富氮有机多孔聚合物合成与表征

为合成用于高效脱除烟道气SO₂的有机多孔聚合物席夫碱-1(SNW-1)，提出使用环丁砜和二甲基砜混合溶剂，并通过调节其比例实现对SNW-1孔径大小与其吸附性能的调控。实验结果表明，溶剂配比调节不改变SNW-1的化学组成和连接结构，但影响吸附剂孔径大小，进而影响SO₂的吸附容量和选择性。所合成的4种SNW-1中，孔径小且比表面积大的SNW-1-3的SO₂吸附量最大，且SO₂/CO₂的选择性高达124.8～159.9，优于大多数有机多孔聚合物材料。此外，物理吸附的过程属性，使SNW-1具有稳定的重复使用性。密度泛函理论(DFT)计算表明，SO₂的吸附位点为SNW-1中的三嗪环N原子和亚氨基上的氢原子，而CO₂的吸附位点仅为亚氨基上的氢原子。N原子和S(SO₂)原子之间的偶极-偶极相互作用以及O(SO₂)和H(─NH─)之间氢键相互协同作用使得SO₂与SNW-1相互作用的结合...     

有机多孔聚合物CO2捕集及分离性能的研究进展

有机多孔聚合物（porous organic polymers,POPs）是一类由有机构建单元连接而形成的新型多孔材料。由于其优异的物理化学稳定性以及CO₂吸附能力,近年来有关POPs在CO₂捕集和分离的研究成为一大研究热点。大量具有优异孔性质（比表面积和孔容）的POPs通过不同有机合成反应被成功地开发出来应用于CO₂吸附分离过程。本文介绍了POPs材料的CO₂捕集与分离性能的研究现状,总结了提高POPs材料CO₂分离性能的合成策略,重点分析了可以通过功能化增强吸附剂与二氧化碳分子之间的相互作用,来提高材料的CO₂分离能力的方法。     

多孔有机聚合物催化二氧化碳合成环状碳酸酯研究进展

二氧化碳（CO₂）捕集、利用和储存（CCUS）在全球能源结构转型中是一种极具潜力的策略,能够实现能源供给、基础原料产出以及限制气候变化。多孔有机聚合物（POPs）具有高CO₂吸附容量和吸附选择性、突出的结构特性以及优异的化学可调控性,其作为极具潜力的材料广泛应用于催化CO₂参与的有机反应中。其中,CO₂与环氧化物环加成生成环状碳酸酯的反应具有100%的原子经济性,且其产物也极具工业价值。本文基于CO₂环加成反应催化机制,从催化剂的合成方法、结构性质与组成特性角度出发,综述了POPs在CO₂/环氧化物环加成反应的研究进展,包括金属配合物类、氢键供体类、离子液体类、金属配合物/离子液体和氢键供体/离子液体等有机多孔聚合物体系。通过阐述POPs在催化CO₂制备高附加值环状碳酸酯反应中的研究现状和发展趋势,为POPs的开发与应用以及CO₂综合利用的工业化探索提供具有建设性的指导意见。     

不同钙基吸附剂捕集CO2后的硫酸化反应特性研究

钙基吸附剂进行多次CO₂捕集后,碳酸化效率会大幅衰减,此时的吸附剂能否高效脱硫利用是值得重点关注的问题。鉴于此,筛选了高性能合成钙基吸附剂和天然石灰石吸附剂,通过热重分析仪分析对比其在多循环CO₂捕集后的碳酸化和硫酸化反应性能,采用微粒模型研究其硫酸化反应动力学特征。结果发现,高性能合成钙基吸附剂的碳酸化反应速率和CO₂吸附能力明显高于石灰石吸附剂。在长达500循环的CO₂捕集试验后,高性能合成钙基吸附剂的CO₂吸附能力比石灰石高10倍以上,其SO₂吸附能力相较于石灰石提升约40%。经历多次CO₂捕集反应循环后,2种吸附剂的硫酸化能力均有提升:其中,石灰石吸附剂的提升幅度更大,硫酸化转化率从26%提升到35%,而高性能合成钙基吸附剂的硫酸化转化率则从38%提升到43%。通过微粒模型计算发现,2种吸附剂的硫酸化反应均是与SO₂浓度相关的一级反应,多循环捕集CO₂反应后,石灰石吸附剂的硫酸化反应活化能下降接近30%,而高性能合成钙基吸附剂的硫酸化反应活化能只下降了5%。研究结果说明2种不同钙基吸附剂在进行循环CO₂捕集后,脱硫能力得到了不同程度的提高,且均可以较好地应用于SO₂的脱除。     

含膦多孔有机聚合物负载氧化镁的制备及其CO2吸附性能

MgO吸附剂因其成本低廉、来源广泛、再生能耗低等优势在CO₂吸附领域应用广泛,但比表面积低限制了其吸附性能。以高表面积、多级孔结构的含膦多孔有机聚合物POL-PPH₃为载体,采用浸渍煅烧法和超声煅烧法制备得到POL-PPH₃负载的MgO吸附剂(MgO/POL-PPH₃),用于CO₂捕集。探究制备方法、煅烧温度、煅烧时间等制备条件对MgO/POL-PPH₃吸附剂上CO₂吸附性能的影响。研究发现,浸渍煅烧法优于超声煅烧法,且随着煅烧温度和煅烧时间增加,MgO/POL-PPH₃样品上CO₂吸附容量逐渐降低。采用浸渍煅烧法,煅烧温度300℃,煅烧时间1 h时,MgO/POL-PPH₃-300-1吸附剂上获得最优CO₂吸附量,达0.55 mmol/g。在组成为12%CO₂,其余为氮气的模拟烟道气中,MgO/POL-PPH₃     

碱性吸附剂对燃煤烟气中SO3的吸附特性

炉膛内高温燃烧和选择性催化还原(SCR)催化剂产生的SO₃会严重损害设备和运行安全。本研究在模拟烟气条件下考察了Ca(OH)₂、Mg(OH)₂、NaHCO₃、NaHSO₃四种碱性吸附剂对SO₃的吸附性能，并研究了烟气气氛和温度对优选吸附剂的SO₃吸附能力的影响。采用热重分析研究了吸附剂的分解过程，对反应前后的吸附剂形貌结构特性进行了研究。结果表明：NaHCO₃和NaHSO₃两种吸附剂在中高温下都具有良好的吸附效果；NaHCO₃和NaHSO₃在自身分解和吸附SO₃的过程中释放气体产物而改善了吸附剂孔隙结构，提高了吸附剂对SO₃的吸附效果；烟气中的SO₂与SO₃在NaHCO₃上的吸附过程中存在竞争吸附，降低了NaHCO₃对...     

胺基CO2固体吸附剂脱碳特性及SO2的影响

燃煤电厂烟气中存在的微量SO₂对胺基CO₂固体吸附剂的碳酸化反应及循环特性有不利影响。利用固定床反应器,针对采用溶胶凝胶法制备的胺基CO₂固体吸附剂的碳酸化特性及其在含SO₂气氛下的失效规律进行了实验研究,并结合红外光谱、有机元素分析、BET等测试手段,研究其失效机理。结果表明,所制备的胺基CO₂固体吸附剂在反应温度50℃时具有较好的碳酸化反应特性和循环特性。当反应气氛中存在SO₂时,由于生成了不可再生的亚硫酸/硫酸盐类物质而导致胺基活性位损失,孔隙结构发生变化,影响了吸附剂的脱碳性能,但适当提高反应温度可提高吸附剂的碳酸化反应竞争性。     

用于燃烧后CO2捕集系统的胺基固态吸附材料研究进展

随着工业化的发展和大量化石燃料的消耗,大量的CO₂气体排放到大气中并引发了一系列严重的环境问题,而采用燃烧后CO₂捕集技术可以有效地应对这一问题。寻找一种高效吸附、稳定、价格低廉的固态吸附材料对于开展燃烧后CO₂捕集系统的研究具有重要的实际意义。近年来,胺基固态吸附材料因其高CO₂吸附能力和高吸附选择性成为研究的热点。本文综述了近年来国内外学者对不同胺基固态吸附材料在合成方法、载体材料选择以及性能测试等方面进行的研究,重点讨论了以沸石分子筛、介孔硅分子筛、多孔碳和金属有机骨架为载体的胺基固态吸附材料对CO₂的吸附行为,并指出多孔载体材料的结构改进及有机胺和促进剂的合理选择将会成为未来胺基固态吸附材料的重点研究方向。     

一种具有高CO吸附容量和高CO/N2及CO/CO2分离选择性的CuCl@β吸附剂

研制了一种新型的CuCl@β分子筛吸附剂材料,它不仅对CO有着高吸附容量,而且对CO/N₂和CO/CO₂的二元混合气有着高吸附选择性。利用自发单层分散的原理制备了一系列的CuCl@β分子筛材料,分别应用氮气吸附以及XRD进行表征。CO在CuCl@β分子筛上吸附等温线和动态透过曲线分别通过静态吸附和固定床实验获得。依据IAST理论模型计算了CuCl@β分子筛对CO/N₂二元混合物和CO/CO₂二元混合物的吸附选择性。研究结果表明:(1)氯化亚铜的负载增强了一氧化碳在CuCl@β分子筛上的吸附容量,其最佳负载量为0.4 g·g^-1。(2)CuCl@β分子筛吸附剂在增强CO的吸附量的同时,还降低了对二氧化碳和氮气的吸附。由于Cu⁺-CO π位络合键的存在,提高了CuCl@β分子筛对二元混合物CO/N₂和CO/CO₂的吸附选择性。(3)在低压下(0～10 kPa)下0.4CuCl@β分子筛对CO/N₂和CO/CO₂的吸附选择性分别高达1600～5200和120～370,远大于原始的β分子筛。CuCl@β分子筛对CO有着超高吸附容量以及吸附选择性,将会是一种很有潜力的CO分离提纯材料。     

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。     

利用煤焦油中酚类物质St?ber法制备碳纳米球用于CO2吸附

煤焦油的排放和直接利用会造成严重的环境污染，开发高附加值材料的绿色合成方法及应用是煤焦油利用的关键。本文采用St?ber法以间苯二酚和中低温煤焦油为碳源与甲醛聚合制备了多孔碳纳米球CO₂吸附剂，通过扫描电子显微镜、N₂吸附-脱附测试、傅里叶变换红外吸收光谱、X射线衍射等手段对样品进行测试和分析。考察了预聚温度、水热温度和煤焦油添加量对碳纳米球的孔结构和CO₂吸附性能的影响。预聚温度为60℃、水热温度为200℃时，产物具有最优异的比表面积和CO₂吸附性能。C₁-R₁-RT-200吸附剂的比表面积达到787m²/g,CO₂最大吸附量为4.64mmol/g。当煤焦油占总投料质量的50%～76%时，产物的CO₂吸附性能较好，优于纯的间苯二酚模型化合物。所制备的多孔碳纳米球的CO₂吸附等温线可以很好地吻合Langmuir等温线模型，说明多孔碳纳米球对CO₂的...     

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。     

柔性碳纤维基吸附剂的制备及CO2吸附性能

为了解决粉末状固体吸附剂成本高、传质阻力大的缺点，以棉花碳化制得的碳纤维作为吸附剂载体，通过浸渍法负载五乙烯六胺(PEHA)制备了固体有机胺吸附剂。通过扫描电镜、物理吸附、红外、热重分析等对吸附剂进行表征，采用穿透曲线法对吸附剂的CO₂吸附性能进行测试。结果表明，在500℃碳化得到的碳纤维C500具有最大的比表面积(471 m²·g^-1)。50PEHA/C500吸附剂在75℃时吸附量可达到4.05 mmol·g^-1,CO₂吸附性能优异。对比粉末吸附剂，碳纤维之间具有更大的空隙，放大实验表明，50PEHA/C500比介孔氧化硅基吸附剂(50PEHA/SBA-15)具有更小的传质阻力。循环测试结果表明50PEHA/C500吸附剂具有优秀的再生性能。50PEHA/C500基吸附剂具有低成本、低传质阻力和优异的CO₂捕获能力，展现出良好的应用前景。     

CO2的捕集及资源化利用

新型吸附材料对CO₂进行吸附分离并催化转化为高附加值产品,具有绿色清洁的优点,是未来全球应对气候变化的重要技术选择之一,但在复杂环境CO₂的捕集过程中存在无法高效吸附分离以及成本较高的问题。本文简述了CO₂吸附材料最新研究进展以及资源化利用的有效途径,主要介绍了金属有机骨架（MOF）、分子筛、多孔碳材料、共价有机骨架（COF）等吸附材料的物化性质等对吸附量和选择性的影响,从催化转化的角度对合成甲酸、甲醇以及烯烃等小分子化合物进行了论述。基于含CO₂废气的综合治理问题,探讨了将钢铁行业中的烟道气以及高炉煤气等进行加氢的可行性,在CO₂捕集和转化的科学技术进步上开拓了新思路,对CO₂更加清洁高效利用,实现低碳化、智能化多能融合进行展望。     

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。     

空气中直接捕集CO2技术研究进展

减少碳排放并推动碳中和是应对气候变化、促进经济社会绿色转型的重要途径之一,碳中和技术已成为工业界和学术界的关注焦点。目前碳捕集与封存主要对工业固定源排放的CO₂进行处置捕集,而对占CO₂总排放近50%的分布源CO₂关注度不高。直接空气捕集(direct air capture,DAC)技术不仅可对数以百万计的小型化石燃料燃烧装置以及数以亿计的交通工具等分布源排放的CO₂进行捕集处理,还可有效降低大气中CO₂浓度。介绍了DAC的发展历史、研究现状以及发展趋势,综述了已有DAC技术的工艺流程以及反应装置,对DAC现行工艺中涉及的空气捕捉模块、吸收剂或吸附剂再生模块、CO₂储存模块进行了叙述,对比了几种工艺的优缺点以及吸附剂类型和再生方式,指出DAC技术发展的关键在于研发高效低成本的吸收/吸附材料和设备。分析了DAC吸收/吸附材料的作用原理以及吸附效果,碱性溶液原料成本相对低廉,但再生过程中能耗较高。分子筛及金属有机框架吸附剂虽然再生能耗较低,但对空气中CO₂的吸附容量和吸附选择性表现一般。胺类吸附剂具有较好的吸附能力,由于其再生温度较低,可使用工业废热或少量热能为系统供能;使用胺类吸附剂时吸附和解吸在一个单元中逐步发生,具有更高的效率和操作时间,有望降低DAC系统成本。对比了DAC与其他碳捕集技术的成本并进行了技术经济性分析,DAC成本主要包含运营和维护成本(N_Q&M)、吸附剂材料成本(N_S)和工厂设备的净成本(N_bop);指出目前限制DAC工业化应用的主要因素之一在于吸收/吸附材料和相关工艺成本过高,随着阴离子交换树脂等新型吸附剂的出现和工艺的发展,DAC成本逐年下降。全面探究吸收/吸附材料稳定性、动力学、吸附容量、选择性、再生能量损失等综合性能,研发利于快速装载和卸载吸附剂的相关装置,开发成本低廉的工艺系统是目前DAC领域的发展方向和迫切需求。DAC技术将为减少全球碳排放、实现碳中和提供重要技术支撑。     

CaO对汞的选择性吸附及SO2毒化特性

利用Ca（NO₃）₂作为前体,SiO₂为载体,制备了一种担载型CaO吸附剂,在固定床实验装置上分别研究了该吸附剂对元素汞（Hg⁰）和氯化汞（HgCl₂）等不同形态汞的选择性吸附性能,以及SO₂对CaO吸附剂汞形态吸附过程的影响,同时结合程序升温脱附和原位红外漫反射表征技术,深入探究了CaO的选择性吸附机理及SO₂毒化机制。汞形态吸附实验结果表明,在纯N₂气氛和掺杂SO₂气氛下,CaO对Hg⁰均保持了接近100%的穿透率,而对HgCl₂在两种气氛下则分别表现出66.0%和60.3%的吸附效率,说明SO₂与HgCl₂在CaO表面存在竞争吸附关系;吸附实验前后CaO的表征结果显示,与Hg⁰相比,HgCl₂更易与CaO表面各碱性位形成单配位、双配位等多种吸附构型,SO₂与HgCl₂在易形成单配位的活性位上形成竞争吸附关系,进而在一定程度上降低了CaO对HgCl₂的吸附效率。     

吸附法在火力发电厂尾气处理中的应用与研究进展

火力发电厂尾气中的CO₂、SO₂、NO_x、CO、颗粒污染物等物质的排放给环境带来严重的污染,并影响到全球的生态平衡。吸附法作为一种操作简易、污染物脱除效率高、可重复利用的方法,广泛应用于火力发电厂尾气处理中。阐述了火力发电厂尾气的主要成分及其控制方法,介绍了吸附法及常用吸附剂的种类,综述了CO₂、SO₂和NO_x的吸附脱除法,重点介绍了活性炭、沸石分子筛、活性炭纤维、碳纳米管、金属氧化物等吸附剂在尾气处理中的应用,并对吸附法的未来开发方向进行了展望。     

液化残渣基CO2吸附剂的制备与性能优化

以煤液化残渣(CLR)为原料制备CO₂吸附剂，在实现碳减排的同时，可有效提高煤直接液化工艺的经济性和环保价值。本文采用神华煤直接液化残渣为碳源，通过预氧化、炭化活化等工艺，制备出了吸附性能较优的CO₂吸附剂。利用热重分析仪(TGA)、低温氮吸附仪(BET)、扫描电镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)等分析手段对吸附材料的微观形貌、孔径结构以及吸附性能进行了表征测试。结果显示，低灰分液化残渣所制备的吸附材料具有更高的比表面积和更多的微孔结构，更有利于CO₂的吸附。以低灰分液化残渣为原料，在较优活化条件下(活化剂/原料质量比为1∶1、升温速率5℃/min、活化时间1h)制备的CO₂吸附剂表现出良好的吸附性能，在40℃、15%(体积分数) CO₂模拟烟气条件下的CO₂吸附容量为4.47%(质量分数)，在0℃、1bar (1bar=105Pa)条件下的CO₂吸附容量可高达27.70%(质量分数)，低温吸附性能优异，吸附速率快且具有良好的循...     

不同烟气组分对粉状活性焦吸附汞的影响机理

在模拟燃煤热烟气为热源和介质条件下，以准东褐煤为原料，通过一维沉降炉进行炭化活化（一步法）制备粉状活性焦，考察了活性焦对Hg⁰的吸附能力，探索了SO₂、H₂O、O₂、CO₂、H₂O+O₂、SO₂+O₂及H₂O+SO₂+O₂气氛对活性焦吸附Hg⁰的影响机理。结果表明：一步法获得的活性焦对Hg⁰具有较高的吸附性能。N₂气氛作对比，H₂O、H₂O+O₂、CO₂和SO₂气氛下抑制活性焦对Hg⁰的吸附；O₂、SO₂+O₂和H₂O+SO₂+O₂促进活性焦对Hg⁰的吸附。通过Hg 4f的XPS分析证明了不同气氛组成对活性焦吸附Hg⁰的抑制和促进机理。H₂O覆盖在活性焦活性位上和堵塞孔隙而抑制活性焦对Hg⁰的吸附；SO₂与Hg⁰在活性焦上发生竞争吸附而抑制对Hg⁰的吸附；CO₂ 吸附在活性焦微孔上而抑制对Hg⁰的吸附；O₂气氛下主要形成了HgO, SO₂+O₂气氛下Hg⁰被氧化成HgSO₃，进一步氧化成HgSO₄； H₂O+SO₂+O₂气氛下，Hg⁰被氧化成HgO和HgSO₄。