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。     

负载型K_2CO_3/5A吸附剂的碳酸化反应特性研究

为了探究5A分子筛作为载体时钾基吸附剂的脱碳性能,文中利用SEM,BET,XRD分析表征了吸附剂微观特性,并在小型固定床中研究了K_2CO_3、5A分子筛以及K_2CO_3/5A的碳酸化特性,揭示了K_2CO_3/5A碳酸化反应机理,探究了温度和CO_2体积分数等反应条件对脱碳特性的影响。研究发现:载体5A分子筛表面孔隙结构丰富,在反应前后不发生化学反应,对CO_2的吸附表现为物理吸附;而负载后的K_2CO_3/5A吸附剂相比K_2CO_3,孔隙结构明显得到改善,物理吸附显著增加,同时反应接触面积增加,促进了K_2CO_3与CO_2化学反应正向进行,增强了化学吸附,因而具备优越的反应活性。当温度为70℃,CO_2体积分数为5%时,吸附剂的碳酸化性能较好。该结果确定了K_2CO_3/5A的碳酸化反应性能及脱碳机理,为钾基吸附剂的载体选择提供了理论依据。     

有机胺功能化介孔固体吸附剂吸附分离CO_2性能研究

针对当前固体胺CO_2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N_2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CO_2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,CO_2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。     

间歇氯化对电石渣循环捕集CO_2性能的影响

提出在碳酸化气氛中间歇加入HCl(间歇氯化)提高电石渣在循环煅烧/碳酸化反应中捕集CO_2性能的新思路。在双固定床反应器上,在不同循环次数加入HCl、碳酸化温度、CO_2/HCl体积比等条件下,研究HCl间歇加入对电石渣循环碳酸化特性的影响。结果表明,在循环煅烧/碳酸化反应中间歇加入HCl使电石渣间歇氯化能提高其循环捕集CO_2性能。在前N次循环碳酸化时加入0.1%HCl,当N=4时能使电石渣获得最优CO_2捕集性能,第10个循环时的CO_2吸收量比无HCl时提高了51%。HCl与Ca CO3发生氯化反应,破坏致密产物层对CO_2扩散的阻碍,提高了电石渣的碳酸化转化率。在碳酸化气氛加入HCl时,最佳碳酸化温度仍为700℃。随CO_2/HCl体积比增大,HCl对电石渣捕集CO_2性能的促进作用减弱。     

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%。     

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。     

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。     

MgO吸附剂捕集CO2的研究进展

煤大规模燃烧产生的CO_2加剧了温室效应,CO_2捕集、利用和储存(CCUS)是一种可实现燃煤电站大规模碳减排的关键技术。固体材料吸附CO_2技术被认为是具有良好应用前景的碳捕集技术。在众多固体CO_2吸附剂中,Mg O因具有较高吸附容量、较低成本、较低再生能耗和广泛可用性被认为是理想的CO_2吸附材料。综述了常规Mg O的CO_2吸附性能,针对Mg O吸附CO_2存在的问题,重点介绍了提高Mg O吸附CO_2性能的方法,主要包括优化结构和添加碱金属熔融盐等可行方法。最后综合分析了Mg O吸附剂用于工业CO_2捕集的优势及面临的挑战,从Mg O的制备工艺、规模化成型及捕集CO_2系统设计优化等方面对今后的研究方向进行了展望。     

低温CO_2固体吸附剂的研究进展

CO_2作为主要温室气体,是各国的主要减排目标。吸附法作为最有应用前景的CO_2捕集方法,且在低温条件下应用最为广泛,近年来越来越多的研究致力于研究低温条件下的CO_2固体吸附剂。本文综述了低温CO_2固体吸附剂的分类和各类吸附剂的最近研究进展,讨论了各类固体吸附剂的未来研究趋势和方向。     

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。     

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。     

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。     

气氛对氧化物吸附气相砷的影响及机理分析

燃煤是有害重金属砷进入大气环境的主要途径,通过矿物质氧化物吸附气相砷是炉内控制砷减排的有效方式。但燃煤烟气中含有大量酸性气体,包括CO_2、HCl、SO_2等,会与矿物质氧化物结合,占据吸附剂活性位点,减少气相砷的吸附容量。为了探究烟气中不同酸性气氛对氧化物吸附气相砷的影响特性,选取燃煤飞灰中部分矿物质氧化物CaO、MgO、Fe_2O_3为吸附剂,在两段式固定床反应器中开展700/900℃模拟烟气气氛、O_2/CO_2气氛及含有HCl、SO_2气氛的模拟烟气条件下氧化物吸附气相砷试验。样品吸附砷含量经HCl酸液提取后由原子荧光光度计测量,吸附剂比表面积和孔隙结构特性由BET分析获得,样品微观形貌经SEM分析获得。结果表明,CaO对气相砷的吸附效果最好,其次是MgO,900℃模拟烟气中CaO和MgO吸附气相砷量高于700℃烟气,而Fe_2O_3在700℃吸附气相砷较多。O_2/CO_2气氛下,MgO和CaO对气相砷的吸附量少于相应燃烧气氛,而Fe_2O_3的气相砷吸附量高于模拟烟气气氛。酸性气氛对氧化物吸附气相砷的影响与温度和氧化物种类有关:O_2/CO_2气氛对CaO和MgO吸附气相砷起抑制作用,对Fe_2O_3起促进作用;烟气中HCl抑制CaO吸附气相砷,对MgO和Fe_2O_3吸附气相砷在700℃表现为抑制作用,在900℃时为促进作用;烟气中SO_2对CaO和MgO起抑制作用,对Fe+2O_3无明显影响。CaO、MgO和Fe_2O_3对气相砷以化学吸附为主,Fe_2O_3比表面积最大,对气相砷吸附作用最弱。     

超低浓度气氛中CO_2吸附动力学影响因素分析

为对抗全球变暖并控制CO_2排放,针对超低浓度气氛中CO_2吸附速率慢、动力学性能差等问题,基于湿法再生技术,系统分析了湿法再生技术中CO_2吸附动力学若干影响因素。通过实验分析与理论模型相结合的方法,研究结构参数、温度及湿度对CO_2吸附的多重影响机制。采用相转化法制备CO_2吸附薄膜,并通过优化及筛选,获得界面结构可控、官能团可调的异相吸附多孔薄膜,实现了CO_2的可逆吸附。针对异相结构吸附剂吸附CO_2过程中传质步骤复杂,描述困难的问题,对传统的缩核模型进行改进,用来描述CO_2吸附反应过程,得到CO_2吸附过程中各部分阻力大小,同时试验获得了结构参数、温度、湿度等对总传质系数及单个步骤(扩散和反应)传质系数的影响规律。结果表明CO_2吸附过程中产物层扩散阻力所占份额较大,而膜扩散阻力所占份额较小,表明下一步吸附剂的优化应重点降低产物层扩散阻力。     

烟气中水蒸气对钙基吸收剂碳酸化的影响特性

在循环煅烧/碳酸化反应系统上考察煅烧气氛和碳酸化气氛中水蒸气含量以及CO₂分压对钙基吸收剂成型颗粒碳酸化的影响,通过对钙基吸收剂微观结构分析(扫描电镜、氮吸附分析)以理解水蒸气影响碳酸化特性的机理。结果表明,煅烧气氛和碳酸化气氛中的水蒸气均可提高钙基吸收剂的碳酸化转化率,水蒸气含量分别为10%和5%时,吸收剂的碳酸化性能较好;水蒸气在碳酸化气氛中对高铝水泥改性吸收剂的改善作用较石灰石显著。煅烧气氛中的CO₂分压越高,烧结现象越严重,降低钙基吸收剂的捕集效率;碳酸化气氛CO₂分压提高,有利于提高钙基吸收剂的碳酸化转化率。烟气中水蒸气丰富了吸收剂的微观孔隙,使得吸收剂捕集CO₂性能得到改善。     

CO2吸附强化CH4/H2O重整制氢催化剂研究进展

CO_2吸附强化CH_4/H_2O重整制氢是提供低成本高纯氢气和实现CO_2减排的方法之一。其中,催化剂和吸附剂是该工艺的重要组成部分,其活性与选择性制约了反应速率和产率,寿命长短关系到生产成本。综述了CO_2吸附强化CH_4/H_2O重整制氢催化剂和吸附剂的研究现状及存在的问题,机械混合的催化剂与吸附剂在反应过程中存在吸附产物包覆催化活性位点的问题,导致催化剂活性迅速下降。针对该问题,进一步探讨了不同结构双功能复合催化剂的结构特性、研究现状及其在循环-再生过程中存在的问题,核壳型双功能催化剂具有吸附组分与催化剂组分相对独立、催化组分分散分布和比表面积大等优点,在吸附强化制氢中有进一步研究的潜力。利用双功能催化剂的结构特点,实现反复循环再生过程中催化与脱碳反应的匹配,是推动CO_2吸附强化CH_4/H_2O重整制氢技术工业化发展的关键。     

SO_2与O_2对硫改性石油焦吸附剂脱汞性能的影响

利用SO_2作为气体活化剂改性石油焦制备脱汞吸附剂;通过比表面积及孔隙度分析仪、元素分析仪及X射线光电子能谱分析(XPS)等方法对吸附剂的物理化学性质进行表征;在固定床实验装置上对改性石油焦进行汞吸附实验,并对吸附产物进行程序升温脱附。结果表明,SO_2活化改性后的石油焦表面结构得到有效改善,表面硫形态以有利于汞吸附的低价态硫为主。在模拟烟气气氛中加入O_2能够有效提高脱汞效率,加入SO_2则会对脱汞产生抑制作用,且抑制程度随SO_2浓度的增加而增强。在模拟烟气气氛中同时加入O_2和SO_2,对脱汞产生的作用效果与SO_2的浓度有关。对比不同温度下的汞吸附与脱附结果,证明高温会对石油焦表面含硫、含氧官能团产生抑制作用。     

吸附强化蒸汽重整制氢中CO2固体吸附剂的研究进展

吸附强化蒸汽重整（SESR）制氢技术是集重整反应（H₂生产）和选择性分离（CO₂吸附）于一体的新型技术。该技术的特点为采用固体吸附剂在高温下对CO₂进行原位脱除,以改变反应的正常平衡极限,提高烃类转化率,提高H₂产量,减少CO₂排放。在整个SESR制氢技术中,吸附剂的选择与反应条件至关重要。本文探讨了CaO、水滑石、Li₂ZrO₃、Li₂SiO₃以及双功能吸附剂在SESR制氢过程中的性能,总结了提高这些吸附剂吸附性能的不同方法。确定了固体吸附剂的反应条件,如温度、压力、水蒸气量等因素的影响及相关的反应机理。分析表明,CaO基吸附剂由于其低廉的价格及较高的吸附能力,被认为是最具潜力的吸附剂,然而在SESR制氢过程中,CaO基吸附剂面临着多次循环再生后吸附能力衰减的挑战。集吸附与催化双重功能的吸附催化材料由于可以克服SESR制氢中不同固体催化剂和吸附剂的匹配问题、降低所用固体材料的成本,从而使其在吸附强化蒸汽重整制氢方面具有巨大优势,并成为该领域未来研究的一个重要方向。     

活性炭基π络合吸附剂的制备及其脱除二硫化碳性能

以活性炭(AC)为载体,采用浸渍法制备了过渡金属负载型吸附剂。考察了浸渍液、吸附温度对吸附剂脱除低浓度二硫化碳(CS2)性能的影响,并对吸附剂的再生性能进行了考察。通过XRD、N_2-物理吸附、FE-SEM对吸附剂进行了表征。结果表明,K_2CO_3处理能够有效增加AC载体的微孔数量;Ag+在AC表面易被还原成Ag0,降低了其与CS_2的络合作用;Cu(NO_3)_2改性后活性组分为Cu_2O,提高了AC表面软酸性,促进了吸附剂与CS_2的π络合作用。K_2CO_3-Cu(NO_3)_2改性后,吸附剂(CuKAC)脱除CS_2的效果最佳,吸附量达到77.32 mg/g。吸附温度是影响CuKAC吸附剂脱除CS_2性能的重要因素,吸附温度20℃时吸附性能最好。N_2气氛下再生温度200℃时CuKAC的再生率达到100%,10次吸附/再生后吸附剂的吸附能力保持稳定。