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。     

部分脱除模板剂对MCM-41修饰负载有机胺吸附CO_2的影响

介孔分子筛MCM-41具有单一的孔道结构和较大的比表面积。通过负载有机胺形成的介孔有机胺二氧化碳固体吸附剂比常见的固体吸附剂具有高选择性、高吸附量等特点。利用化学方法部分脱除模板剂,负载PEI制备固体吸附剂,研究了模板剂脱除率PEI负载和对二氧化碳吸附性能的影响。用XRD、FT-IR、TEM、BET等方法对吸附剂结构进行表征,利用TG/DTA方法测定了CO2吸附量。研究结果表明,使用MCM-41原粉负载50%PEI吸附量达到131.0 mg/g(即262.0 mg/gPEI),比相同负载量除去模板剂的分子筛提高了12.6%;比单一的PEI分子吸附量(80.3 mg/g)提高了3.26倍,这说明在MCM-41原粉孔道内部由于存在丝状胶束而形成的亚纳米空间结构提高了有机胺的分散和利用率,增加了对CO2的吸附量。     

包覆改性纳米CaO基CO_2吸附剂的反应吸附性能

对包覆改性纳米CaO基CO_2吸附剂的反应吸附性能进行研究,分别采用惰性材料MgO和TiO_2对纳米CaCO_3表面进行包覆改性,并以铝溶胶为黏结剂,通过混合造粒的方法制备改性纳米CaO基CO_2吸附剂。在相同的吸附温度(600℃)、CO_2分压(0.015 MPa)、再生温度(750℃)以及N_2气氛的条件下,采用热重分析仪(TGA)分别考察了吸附剂的分解温度、吸附速率、吸附容量及循环吸附容量的稳定性。结果表明:MgO和TiO_2包覆改性吸附剂的分解温度较未包覆改性的吸附剂分解温度分别提高了20和35℃:经过30次循环后,包覆改性的吸附剂的吸附速率和吸附容量均明显大于未改性的吸附剂,其中包覆TiO_2改性的吸附剂具有较好的吸附容量稳定性,30次循环后,吸附容量衰减率为34.85%,包覆MgO改性的吸附剂吸附容量衰减率为38.89%,而未经过包覆改性的吸附剂吸附容量衰减率为54.87%。     

氧化钙吸附剂的制备及CO_2吸附性能

以水热法合成的碳球为模板,采用尿素水解法制备了氧化钙吸附剂,通过SEM对样品进行了表征分析,使用热重方法测定了吸附剂在600℃时的吸附容量及稳定性。探究了水热时间、改性条件和尿素水解温度对吸附性能的影响,结果表明,以水热6 h、不进行碱改性得到的碳球为模板,尿素水解温度为80℃时得到的吸附剂性能最优,初始吸附容量达到74%,稳定性良好,经历15个循环吸附容量仍能达到70%。     

CaCO_3改性对提高MgO基CO_2吸附剂循环稳定性的影响

为了提高碱金属盐修饰的MgO基CO_2吸附剂的吸附循环稳定性,采用添加CaCO_3的方法进行改性。分别以碱式碳酸镁和柠檬酸镁作为前驱体制备MgO,与采用尿素水解沉积法制备的CaCO_3混合,并浸渍碱金属盐制备一系列不同CaCO_3含量的改性MgO基吸附剂。通过热重分析仪(TGA)考察CO_2的吸附性能。结果表明,当吸附气体含40%CO_2、CaCO_3质量分数为5%时,吸附剂的初次吸附容量可达0.63 g·g~(-1),且在20次循环后,吸附容量仍可达到0.50 g·g~(-1)。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等方法对吸附剂进行表征分析发现,活性组分MgO的颗粒越小,吸附剂的吸附性能越好;且CaCO_3的添加能在一定程度上限制碱金属盐的高温下流动,从而提高吸附剂的吸附循环稳定性。     

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。     

TEPA/MCM-41固体胺吸附剂的制备及其CO_2吸附性能研究

制备了具有高CO_2吸附性能的TEPA/MCM-41固体胺吸附剂,并采用N_2物理吸脱附、XRD、FTIR、EA、TG-DSC等方法对其进行系统表征。采用重量法测试了吸附剂的吸附与循环稳定性能。结果表明,吸附温度为75℃,CO_2/N_2(体积比12%/88%)的气氛条件下,60%TEPA/MCM-41的吸附量最高为123.24 mg/g,经5次循环吸脱附后,CO_2吸附量降低约7.8%。同时借助计算流体动力学(CFD)对吸附过程进行了模拟,研究结果对吸附剂的设计与反应器的开发具有一定的指导意义。     

TEPA/MCM-41固体胺吸附剂的制备及其CO_2吸附性能研究

制备了具有高CO_2吸附性能的TEPA/MCM-41固体胺吸附剂,并采用N_2物理吸脱附、XRD、FTIR、EA、TG-DSC等方法对其进行系统表征。采用重量法测试了吸附剂的吸附与循环稳定性能。结果表明,吸附温度为75℃,CO_2/N_2(体积比12%/88%)的气氛条件下,60%TEPA/MCM-41的吸附量最高为123.24 mg/g,经5次循环吸脱附后,CO_2吸附量降低约7.8%。同时借助计算流体动力学(CFD)对吸附过程进行了模拟,研究结果对吸附剂的设计与反应器的开发具有一定的指导意义。     

有机胺改性中孔炭吸附二氧化碳研究

以间苯二酚-甲醛为前驱体,二氧化硅溶胶为硬模板,采用溶胶-凝胶法制备出高孔容中孔炭材料,并利用物理担载途径制备了多种有机胺改性的中孔炭基CO2吸附剂。采用氮气吸附、热重和傅里叶红外法测定了吸附剂的物理化学特性,并研究了有机胺的种类对CO2吸附性能的影响。结果表明:中孔炭基固态胺对CO2的吸附受扩散控制,提高温度能够促进CO2扩散,增大吸附容量;小分子的胺类物质乙醇胺(MEA),二乙醇胺(DEA),二乙烯三胺(DETA)热稳定性较差,CO2吸附容量偏低;低分子量聚乙烯亚胺(PEI,分子量600)具有最优的循环吸附性能,吸附量达到190 mg/g;四乙烯五胺(TEPA)的吸附容量最大,为208mg/g,但是循环性较差,可通过加入小分子交联剂环氧氯丙烷提高其循环吸附性能。     

胺基CO_2固体吸附剂脱碳特性及SO_2的影响

燃煤电厂烟气中存在的微量SO_2对胺基CO_2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CO_2固体吸附剂的碳酸化特性及其在含SO_2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CO_2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SO_2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。     

分子印迹强化胺化改性壳聚糖吸附Cd~(2+)性能研究

利用分子印迹强化胺化技术制备Cd~(2+)模板改性壳聚糖P(Cdb2+)-C-CTS(Cda2+),研究了吸附剂中Cd~(2+)模板含量对其吸附水中Cd~(2+)的性能及含水率的影响。吸附容量随着a值和b值的增加而升高,当a为0.45、b为0.40时,吸附容量达到最大值。以P(Cd0.402+)-C-CTS(Cd0.452+)为研究对象,考察了p H对Cd~(2+)吸附容量的影响,并对吸附选择性能进行研究。结果表明,分子印迹强化胺化技术可制备得到吸附效率更高、选择性更好的改性壳聚糖吸附剂。     

多胺基功能化SBA-15材料对Cd(Ⅱ)的吸附

以正硅酸乙酯为硅源、三嵌段聚合物P123为模板剂,采用水热-后合成方法制备三胺基改性的多孔二氧化硅(3N-SBA-15)吸附剂,对其结构进行表征,并考察了吸附时间、体系初始pH值、吸附剂用量和温度等因素对水溶液中Cd2+吸附的影响.结果表明,三胺基改性可显著增强SBA-15对Cd2+的吸附能力,在pH=4.5、40℃、反应时间90min的条件下,最大吸附容量为1.05 mmol/g.Langmuir方程可较好地描述Cd2+在3N-SBA-15上的吸附平衡,20,30和40℃下最大吸附容量分别为0.93,0.97和1.05 mmol/g;热力学参数表明此吸附过程为自发吸热过程.对其吸附机理和材料的再生也进行了探索.     

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。     

有机胺改性多孔材料制备固体胺二氧化碳吸附剂的研究进展

人类社会排放的温室气体逐年增多,全球变暖问题日益严重,二氧化碳减排已迫在眉睫。有机胺改性多孔材料制备的固体胺吸附剂,二氧化碳吸附性能十分优越,具有良好的工业应用前景。本文综述了介孔分子筛、硅胶、多孔炭材料等多种多孔材料载体负载有机胺制备固体胺吸附剂的方法,分析了其二氧化碳吸附性能,讨论了多孔材料的孔结构对吸附剂吸附性能的影响。     

多孔树脂负载离子液体作为固体吸附剂用于CO_2的捕获

通过亲核加成和离子交换,制备出一种新型含醚键侧链的氨基酸离子液体1-乙氧基乙氧基乙基-3-甲基咪唑甘氨酸盐([EOEOEmim][Gly]),使用IR和1H NMR确定产物结构。采用湿法浸渍-蒸发法将[EOEOEmim][Gly]负载于三种聚苯乙烯多孔树脂(D101、DM301、CAD-40)中,制成固体吸附剂。常温常压下,对三种固体吸附剂的CO_2捕获性能进行研究。研究结果表明,相比于[EOEOEmim][Gly],三种固体吸附剂的CO_2饱和捕获时间显著缩短,CO_2饱和捕获容量升高,5次吸附/解吸附循环吸附量不降低,说明含醚键侧链的氨基酸离子液体负载型固体吸附剂在CO_2捕获领域具有良好的应用前景。     

“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。     

胺基改性花生壳粉吸附剂的制备及其对SO_2的吸附

以花生壳为原料,经溶胀、氯化和胺化改性制备SO_2吸附材料。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、元素分析仪(EA)等分析手段对样品进行表征和测试,并探究了胺试剂种类、吸附剂含水率、烟气流速、吸附温度对SO_2吸附效果的影响。结果表明,胺基改性花生壳吸附剂脱硫效果明显;改性后花生壳纤维分子中引入了胺基,含氮量增加,吸附剂表面卷曲粗糙,孔洞明显;改性后吸附剂硫容与吸附剂中含氮量有关;链状结构的乙烯胺改性剂效果优于带有支链的尿素。实验中三乙烯四胺基花生壳(PS-TT)在含水率为100%、烟气流量为400 mL/min、吸附温度为35℃的优化条件下,硫容能达74. 6 mg/g。     

多孔固体吸附剂的CO_2吸附性能研究

综述了目前研究最为广泛的几种多孔CO_2吸附剂的制备方法及其吸附性能,其中着重讨论了杂原子掺杂多孔碳材料的CO_2吸附性能并对其未来的发展前景进行了展望。多孔CO_2吸附剂由于其低能耗、低腐蚀、良好的再生性能和易于改性而得到了广泛的研究。通过对其改性制备出的新型固体吸附剂,可以达到高效吸附CO_2的目的,为实现减少温室气体和合理利用CO_2资源的目标做出贡献。     

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。     

二氧化碳捕获固体吸附剂的研究进展

采用吸附法降低电厂烟道气中CO_2浓度,关键在于吸附容量大、选择性高、再生能耗低的吸附剂的开发。本文综述了炭基吸附剂、分子筛、金属氧化物、氨基吸附剂以及金属有机骨架材料5种主要的CO_2固体吸附剂最新的研究进展,具体阐述了这几种吸附剂的物理和化学性质,列举了这些吸附剂在燃烧后捕获CO_2应用过程中的吸附性能、存在的问题以及改进的措施。重点探讨了金属-有机骨架材料作为烟气气氛下CO_2吸附剂的应用前景,这种吸附剂具有比表面积大、孔容大、孔隙率高、结构可调等优点,分析表明这是一种极具潜力的CO_2吸附剂。为提高其在烟气环境下的CO_2吸附性能,作者概括总结了4种主要的改性措施,为从事这个领域的工作者扩展了思路。