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。     

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。     

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。     

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。     

钙基碳载体造粒的捕集CO特性及力学性能

采用挤出滚圆法对钙基碳载体Ca（OH）₂进行造粒。在双固定床反应器上研究了黏结剂、支撑体和造孔剂对造粒后钙基碳载体循环捕集CO₂性能的影响,并提出采用多孔Al₂O₃球粉作为新型支撑体。结果表明,选择聚乙烯吡咯烷酮为颗粒黏结剂时最佳添加量为2%。高铝水泥和多孔Al₂O₃球粉均可作为支撑体造粒。多孔Al₂O₃球粉作为支撑体造粒后碳载体的循环捕集CO₂性能更高,其10次循环后CO₂吸收量为0.23g/g,是添加高铝水泥造粒碳载体的1.35倍。微晶纤维素作为造孔剂显著提高了造粒碳载体的循环捕集CO₂性能。多孔Al₂O₃球粉作为支撑体造粒后碳载体的抗压强度略高于高铝水泥作为支撑体。多孔Al₂O₃球粉造粒钙基碳载体拥有大量30~100nm孔隙,其比孔容高于高铝水泥造粒碳载体,这有利于CO₂捕集。     

金属有机骨架材料在CO2/CH4吸附分离中的研究进展

CO₂/CH₄分离能耗高是生物甲烷过程核心难题之一。金属有机骨架材料（metal organic frameworks,MOFs）由于其优异的CO₂吸附分离性能,被视为最具潜力的CO₂分离捕集材料,近年来引起了广泛的关注。本文结合沼气的特点和MOFs研究的最新进展,对MOFs材料在CO₂/CH₄吸附分离过程的相关实验研究工作进行了综述。     

胺基材料在二氧化碳分离膜领域研究进展

膜法碳捕集是实现双碳目标的重要途径,但受限于材料本身,膜材料的分离性能存在上限。胺基材料可以和CO₂发生可逆反应,能够显著提高膜材料的分离性能,常被作为促进传质的载体引入到膜体系。本文介绍了胺基材料促进CO₂传质的机理,重点归纳了胺基材料引入到膜体系的4类方法 (涂覆法、反应法、接枝法、掺杂法)及制备膜材料的性能,并分析其优势与不足。本文指出胺基材料促进CO₂传质机理需要进一步探索,强调开发高胺基密度的膜材料和以更加“牢固”的方式将胺基材料引入膜体系是领域未来需重点发展的方向,利用机器学习提高膜材料设计效率对该领域发展具有指导意义。分析表明真实工况下胺基膜材料的性能稳定性、设备稳定性以及工艺稳定性是值得关注的研究领域,建立完整的胺基膜法CO₂捕集技术链仍面临巨大挑战。     

固废基硫掺杂多孔炭材料制备及其对CO2吸附性能研究进展

含碳固废来源广、产量大,其大量堆存严重制约了环境可持续发展,因此含碳固废资源化利用意义重大。利用含碳固废制备多孔炭材料是其清洁高效利用的重要方式之一。对多孔炭进行硫原子掺杂不仅可使材料表面的亲水性得到改善,还可以改变材料表面的化学异质性,生成有利于CO₂捕集的活性位点,强化材料对CO₂分子的吸附作用,从而提高其CO₂吸附容量。简述了固废基硫掺杂多孔炭材料的制备方法,总结了硫掺杂多孔炭材料用于CO₂吸附的最新研究进展,并对硫掺杂多孔炭材料未来发展趋势及其在CO₂吸附领域的工业化应用进行了展望。     

二氧化碳捕集技术研究进展

在“碳达峰、碳中和”的双重任务下,CO₂捕集已经成为今后工业发展的必然趋势。分别介绍了燃烧前捕集、燃烧后捕集以及富氧燃烧技术,并总结了相关技术还存在的问题。同时,系统地总结了国内外主要的CO₂捕集方法,分析了不同捕集方法的优缺点,并针对不同行业提出了合理的捕集方法。其中,重点介绍了溶液吸收法,通过对现有吸收液存在的能耗高、易挥发、毒性大的问题,提出了今后溶液吸收法的主要发展方向,并针对现有吸附法存在的问题提出开发新型低温、低压、低成本的固体吸附材料及相关工艺的研究思路。     

离子型有机多孔聚合物的制备及其烟气脱硫耦合脱碳性质

高效经济地消除燃煤烟气中的SO₂和CO₂对生态环境具有重要意义，但开发具有高捕集能力、高选择性和良好稳定性的吸附剂仍然是一个挑战。本文通过靛红与芳香族单体(三蝶烯)在超酸性条件下反应得到了性质稳定的有机多孔聚合物吸附剂PPN-1，并对PPN-1季胺化以及离子交换获得离子型多孔聚合物PPN-1-OH。由于两种有机多孔吸附剂拥有合适的BET表面积、丰富的微孔孔道以及大量的富电子基团，PPN-1和PPN-1-OH对SO₂和CO₂具有很强的亲和力。尤其是离子型有机多孔聚合物PPN-1-OH显示出超高的静态吸附能力，在298K、0.1MPa下其SO₂的吸附量高达13.09mmol/g，超过了此前报道的多孔材料。基于瞬时吸附速率，理想吸附溶液理论模拟和固定床穿透实验的研究证明PPN-1-OH具有卓越的SO₂动态吸附容量和选择性。在三组分混合气体(SO₂/CO₂/N₂=0.2/9/90.8，体积比)动态固...     

Encapsulation of 2-amino-2-methyl-1-propanol with tetraethyl orthosilicate for CO2 capture

Carbon capture is widely recognised as an essential strategy to meet global goals for climate protection. Although various CO₂ capture technologies including absorption, adsorption and membrane exist, they are not yet mature for post-combustion power plants mainly due to high energy penalty. Hence researchers are concentrating on developing non-aqueous solvents like ionic liquids, CO₂-binding organic liquids, nanoparticle hybrid materials and microencapsulated sorbents to minimize the energy consumption for carbon capture. This research aims to develop a novel and efficient approach by encapsulating sorbents to capture CO₂ in a cold environment. The conventional emulsion technique was selected for the microcapsule formulation by using 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) as the core sorbent and silicon dioxide as the shell. This paper reports the findings on the formulated microcapsules including key formulation parameters, microstructure, size distribution and thermal cycling stability. Furthermore, the effects of microcapsule quality and absorption temperature on the CO₂ loading capacity of the microcapsules were investigated using a self-developed pressure decay method. The preliminary results have shown that the AMP microcapsules are promising to replace conventional sorbents.     

Recent progress in porous organic polymers and their application for CO2 capture

Carbon capture, storage, and utilization (CCSU) is recognized as an effective method to reduce the excessive emission of CO₂. Absorption by amine aqueous solutions is considered highly efficient for CO₂ capture from the flue gas because of the large CO₂ capture capacity and high selectivity. However, it is often limited by the equipment corrosion and the high desorption energy consumption, and adsorption of CO₂ using solid adsorbents has been receiving more attention in recent years due to its simplicity and high efficiency. More recently, a great number of porous organic polymers (POPs) have been designed and constructed for CO₂ capture, and they are proven promising solid adsorbents for CO₂ capture due to their high Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area (S_BET), adjustable pore size and easy functionalization. In particular, they usually have rigid skeleton, permanent porosity, and good physiochemical stability. In this review, we have a detailed review for the different POPs developed in recent years, not only the design strategy, but also the special structure for CO₂ capture. The outlook of the opportunities and challenges of the POPs is also proposed.     

镁负载CaO基吸附剂捕集CO2性能及抗烧结机理

复合钙基吸附剂制备成本过高是限制其工业化应用的主要瓶颈问题。本文以不可溶的CaCO₃和Ca(OH)₂作为钙源,通过燃烧合成法制备钙镁复合吸附剂,在双固定床反应器上研究了其循环捕集CO₂性能。结果显示：制备得到的钙镁复合吸附剂具有更发达的孔隙结构,吸附剂表面Ca和Mg分散均匀,MgO均匀分布于CaO晶粒之间,有效提高了钙镁复合吸附剂的抗烧结特性,因此钙镁复合吸附剂循环反应过程中具有高捕集CO₂活性。以Ca(OH)₂作为钙源时,燃烧合成过程中Ca和Mg均匀同时析出,分散更加均匀,有效避免了CaCO₃作为钙源时Mg的团聚问题,因此得到的钙镁复合吸附剂循环捕集CO₂性能最优。最佳的Ca/Mg摩尔比为(8∶2)~(7.5∶2.5)。本研究以不可溶钙源制备得到高活性钙镁复合吸附剂,有效控制了吸附剂成本,具有更好的工程应用前景。     

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。     

TiO2掺杂对Na2CO3/Al2O3吸收剂CO2捕捉性能的影响

钠基固体吸收剂脱除燃煤烟气CO₂技术具有反应温度低、能耗低等优点,日益受到学术界的关注。该技术的主要不足是吸收剂的活性成分碳酸钠与CO₂的反应（碳酸化反应）活性较低。针对这一问题,本文旨在研制一种新型改性钠基固体吸收剂,采用活性氧化铝作为载体、TiO₂作为掺杂剂进行改性,利用热重分析装置、XRD、SEM和氮吸附仪研究钠基固体吸收剂的CO₂捕捉性能。结果表明：掺杂TiO₂后,钠基固体吸收剂与CO₂的反应速率加快,CO₂捕捉量增加;反应前后除TiO₂外无其他含Ti化合物生成;碳酸化反应产物为NaHCO₃和Na₅H₃（CO₃）₄;然而TiO₂掺杂过多会堵塞吸收剂的微观孔道,不利于甚至阻碍碳酸化反应的进行,因此,TiO₂的掺杂量应控制在一定的范围内。     

催化反应技术在滨海电厂的CO2资源化利用和海洋防污领域的应用

二氧化碳（CO₂）减排和海洋生物污损防治是滨海火电厂亟待解决的重大课题。近年来,CO₂固体吸附材料及新能源催化反应技术的快速发展,推动了碳捕集与利用技术（CCU）的实用化进程。在燃煤火电厂原有的基础上增加碳捕集与利用技术,将其改造成碳捕集与CO₂资源化电厂,有望从根本上实现CO₂减排的目标,是火电企业未来发展的方向。另外,洁净能源驱动的催化反应技术也已延伸至海洋生物污损防治领域,并取得了积极的成效。本文综述了固体CO₂吸附材料研发的新进展,重点介绍了金属有机框架（MOF）材料结构改性和功能化修饰对提高CO₂选择性吸附性能等方面的研究成果,并基于滨海火电厂的生产实况和能源资源优势,分析、总结了热催化、光/电催化反应技术在CO₂资源化利用及生物污损防治等方面的研究现状和存在的问题,提出并论证了利用光触媒涂层阻断或抑制海洋生物黏附与生长的污损防护策略及其在具体场景中应用的可行性。最后从环保和实用化的角度对滨海电厂在CO₂减排和生物污损防治技术方面的发展趋势进行了展望。     

固废源CaO基CO2捕集材料的制备与捕集性能研究进展

CO₂捕集技术是当前应对全球气候变化、缓解温室效应的重要途径。利用含钙固体废弃物制备高效CaO基CO₂捕集材料有利于实现固废资源高值化利用、以废治废和清洁生产,具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。基于固废源高效廉价CaO基CO₂捕集材料的良好应用前景,本文介绍了工业废渣、生物质和其他含钙固体废弃物的产生与资源化利用现状,综述了CaO基吸附剂的捕集原理、碳酸化动力学过程和CO₂捕集性能,对比了以不同含钙固体废弃物为前驱体制备CaO基吸附剂的吸附-脱附循环性能和不同改性方法对其吸附稳定性的影响,从经济角度分析了固废源CaO基吸附剂在钢铁厂、燃煤电厂和生物制氢中的应用潜力,展望了固废源CaO基CO₂捕集材料的应用前景和发展方向。该文旨在为固废源CaO基吸附剂前驱体的选择、吸附性能的提高和固废吸附材料的工业应用提供帮助。     

The latest development on amine functionalized solid adsorbents for post-combustion CO2 capture:Analysis review

Global warming and associated global climate change have led to serious efforts towards reducing CO2 emissions through the CO2 capture from the major emission sources.CO2 capture using the amine func-tionalized adsorbents is regard as a direct and effective way to reducing CO2 emissions due to their large CO2 adsorption amount,excellent CO2 adsorption selectivity and lower energy requirements for adsor-bent regeneration.Moreover,large number of achievements on the amine functionalized solid adsorbent have been recorded for the enhanced CO2 capture in the past few years.In view of this,we review and analyze the recent advances in amine functionalized solid adsorbents prepared with different supporting materials including mesoporous silica,zeolite,porous carbon materials,metal organic frameworks(MOF)and other composite porous materials.In addition,amine functionalized solid adsorbents derived from waste resources are also reviewed because of the large number demand for cost-effective carbon dioxide adsorbents and the processing needs of waste resources.Considering the importance of the stability of the adsorbent in practical applications,advanced research in the capture cycle stability has also been summarized and analyzed.Finally,we summarize the review and offer the recommendations for the development of amine-based solid adsorbents for carbon dioxide capture.