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。     

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。     

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。     

改性活性碳纤维吸附二氧化硫的研究

采用不同浓度的硝酸溶液在不同的浸渍时间和真空处理温度下,浸渍聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACF)。以正交实验和单因素法分析影响改性聚丙烯腈基活性碳纤维吸附二氧化硫的因素。实验结果表明:浸渍的初始浓度是影响改性的最主要因素,浓度达到0.12mol/L时,吸附量接近最大值,而浸渍时间和真空处理温度影响相对较小,并且改性聚丙烯腈基活性碳纤维耐疲劳性较好。     

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。     

活性碳纤维对苯胺的吸附性能研究

采用静态吸附法探究活性碳纤维对苯胺溶液的吸附能力,探讨了在不同的吸附时间、不同质量的活性碳纤维、不同初始浓度的苯胺溶液和不同p H值、盐效应、温度等条件下对吸附效率的影响,同时探讨了颗粒活性炭对苯胺溶液的吸附能力。研究结果表明,活性碳纤维对苯胺溶液具有良好的吸附效果,即使在常温下,活性碳纤维对苯胺都具有较高的吸附效率,而盐的质量分数也会提高其吸附效率,对实际应用有参考价值;相同质量的颗粒活性炭对苯胺溶液的吸附效果不及活性碳纤维。     

活性碳纤维对甲醛吸附转化性能的研究

用对胺基苯甲酸(PABA)浸渍粘胶基活性碳纤维(Rayon-ACF)和聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACF),考察了两者对甲醛吸附性能的差异。结果表明:PAN-ACF和Rayon-ACF经PABA溶液浸渍处理后,样品中的N含量都明显提高,但其比表面积、微孔容积和总孔容都有所下降;不过对甲醛溶液蒸汽的吸附容量都明显提高。这主要是归因于浸渍处理后样品中-NH2的增加,进而由于化学吸附而使得对甲醛吸附量增加。Rayon-ACF样品的甲醛吸附容量远高于PAN-ACF样品,这可能同Ray-on-ACF样品有较多表面含氧官能团以及较大的微孔容积有关。甲醛在ACF的微孔空间中易于形成高凝缩的三聚甲醛,从而其吸附容量相应提高。     

活性碳纤维对水中喹啉的吸附性能

采用活性碳纤维（activated carbon fiber,ACF）静态吸附模拟废水中的喹啉,考察了吸附时间、喹啉初始浓度、温度、pH值、有机物等对吸附速率与吸附行为的影响。结果表明,ACF对喹啉的吸附速率快,30 min内基本达到平衡,初始浓度较高时,最终吸附容量较大,达210 mg/g,低温和pH值小于7时,吸附效果较好,苯酚与喹啉产生竞争吸附,配水中的吸附行为能较好的符合Langmuir等温方程,吸附动力学符合准二级动力学模型,热力学参数ΔH0、ΔG0为负值,表明该吸附是一个自发的放热过程。本研究为环境功能材料ACF应用于工业化生产提供了理论依据,有必要在此基础上进行动态吸附实验以及实际焦化废水的吸附处理实验,同时ACF成本高及脱附再生等方面问题还有待进一步深入研究。     

改性活性碳纤维对苯胺吸附特性分析

开展了等离子体改性活性碳纤维对苯胺吸附性能的理论和实验研究。通过改变等离子体改性功率和改性时间,探寻最佳改性条件;采用BET、XPS、FTIR、热重测试对改性前后活性碳纤维理化特性进行了表征分析。结果表明,在等离子改性功率为22W,时间为3min时为最佳改性条件;改性后的活性碳纤维对水溶液中苯胺的去除率可达79.3%,去除率提高了8%。微观上等离子体改性使得活性碳纤维表面含氧官能团含量增加,增强对溶液中苯胺的吸附效果。吸附实验结果表明,改性前后活性碳纤维对苯胺的吸附在溶液pH为6时,吸附效果最佳;但达到同一去除率时改性活性碳纤维的速度更快,并且平衡吸附容量也更大。采用准一级和准二级动力学模型对该吸附过程进行描述,其改性前后均用准二级动力学拟合效果更好,表明活性碳纤维结构的特殊性使其对苯胺的吸附以化学吸附为主。活性碳纤维的等离子体改性提高了其对水溶液中苯胺的吸附速度和容量,增强去除效果降低了苯胺对环境的危害。     

聚丙烯腈基活性碳纤维吸附CO2的性能

以国产聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为原料,采用KOH为活化剂制备PAN基活性碳纤维。测定了不同ACF样品的CO2吸附量,并通过氮气吸附、碘吸附以及红外光谱对所得活性碳纤维的比表面积、孔结构及表面官能团进行表征。研究了活化温度、活化时间和表面改性对活性碳纤维CO2吸附量的影响。结果表明,活化温度是影响活性碳纤维CO2吸附量的主要因素。当活化温度为850℃时,所得活性碳纤维BET比表面积为1235m2/g,微孔比表面积为745 m2/g,在吸附温度为273 K、吸附相对压力P/P0为1时,CO2的吸附量达到87.29 mL/g。     

改性蜂窝状活性炭吸附二氧化碳和氮气的热力学

蜂窝状活性炭具有较高的比表面积、多孔道、压降低、吸脱附速率快、不易堵塞等优点,因此被认为是捕集烟道气中CO₂重要吸附材料。选用蜂窝状煤基和椰壳两种活性炭吸附剂,采用磁悬浮热天平分别测定了CO₂和N₂的吸附等温线。采用1 mol·L^-1 K₂CO₃对蜂窝状活性炭材料进行浸渍改性,提高在低二氧化碳分压下的CO₂吸附性能。采用Langmuir、multi-site Langmuir和Virial 3种模型对吸附平衡数据进行拟合,得出热力学参数,为后续吸附工艺优化设计提供基础数据。结果表明在实验范围内3种模型均能对实验测量的等温线进行较好的拟合,Langmuir模型总体拟合效果最好。     

沥青基活性碳纤维动态吸附甲苯的性能

以通用级沥青基碳纤维为原料,采用钴盐催化活化法,通过改变活化剂用量和活化时间制备出不同的活性碳纤维。研究了活性碳纤维的动态吸附甲苯以及再生性能。结果表明,活性碳纤维是一种优秀的甲苯吸附材料,其饱和吸附量受比表面积和孔径及其分布的影响。活性碳纤维对甲苯的动态吸附量达到1250 mg/g。20次吸脱附循环再生后,吸附量仍保持在900 mg/g。     

离子液体自模板合成多孔碳氮材料及其对二氧化碳的吸附

以多种氰基离子液体为前驱体，采用高温碳化法直接制备多孔碳氮材料，系统考察了离子液体前驱体阳离子结构、阴离子种类及合成条件等因素对碳化材料比表面积、氮元素含量及氮种类的影响，并研究其对CO2的吸附性能。结果表明，阴离子在聚合过程中起模板剂的作用。合成材料主要呈介孔结构，比表面积最高达732.6 m2/g，氮含量最高为9.9wt%，在温度25℃、压力1.8 MPa条件下，CO2的吸附量最高达20.9wt%。多孔碳氮材料经180℃真空加热后可完全脱附再生，再生稳定性良好。     

Nitrogen and hydrogen adsorption of activated carbon fibers modified by fluorination

In this study, activated carbon fibers (ACFs) were surface modified with fluorine and mixed oxygen and fluorine gas to investigate the relationship between changes in surface properties by nitrogen and hydrogen adsorption capacity. The changes in surface properties of modified activated carbon fibers were investigated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and compared before and after surface treatment. The specific surface area and pore structures were characterized by the nitrogen adsorption isotherm at liquid nitrogen temperature. Hydrogen adsorption isotherms were obtained at 77 K and 1 bar by a volumetric method. The hydrogen adsorption capacity of fluorinated activated carbon fibers was the smallest of all samples. However, the bulk density in this sample was largest. This result could be explained by virial coefficients. The interaction of hydrogen-surface carbon increased with fluorination as the first virial coefficient. Also, the best fit adsorption model was found to explain the adsorption mechanism using a nonlinear curve fit. According to the goodness-of-fit, the Langmuir–Freundlich isotherm model was in good agreement with experimental data from this study.     

酚醛基活性碳纤维

酚醛树脂属于难石墨化碳，适宜制造活性碳纤维(ACF)，其特点是碳化活化收率高，制品强度高，比表面积大，孔径分布属于单峰形，吸附容量大；细孔入口形状属于狭缝形，吸脱速度快；制品柔软，深加工性好，它除用于治理环境污染外，还可用于制作防化防毒服和制造超级电容器等。     

Stepped enhancement of CO2 adsorption and separation in IL-ZIF-IL composites with shell-interlayer-core structure

Development of materials with excellent separation performance remains an ongoing challenge in separation science and technology. Herein, a novel strategy was proposed to gradually enhance gas separation performance in micro/nano-materials, by constructing a shell-interlayer-core structure using ionic liquid (triethylenetetramine lactate, [TETA]L) and zeolitic imidazolate framework (ZIF-8). Such structure includes outer [TETA]L shell, interlayer of ZIF-8, and inner [TETA]L core, endowing the composite with more evident molecular sieving separation for CO₂ mixtures than the reported materials. A high CO₂ adsorption amount (1.53 mmol/g at 298 K and 1.0 bar) is maintained, while the uptakes for CH₄ and N₂ are very low. Corresponding ideal adsorbed solution theory selectivities are 260–1,990 and 1,688–5,572 for CO₂/CH₄ and CO₂/N₂ mixtures at the range of tested pressures. In addition, the separation performance can be controlled by varying the shell-interlayer-core structure with IL inside, outside or on both sides of ZIF-8 and the thickness of outer shell.     

离子液体聚合物CO_2吸附性能研究

为提高离子液体吸附CO_2的性能,通过自由基聚合制备了季铵盐类离子液体聚合物,采用两步种子溶胀法使该聚合物形成多孔结构,并通过扫描电子显微镜和差热-热重分析法对其形貌和热稳定性进行表征。研究了4种溶胀剂制备的多孔聚合物吸附CO_2的性能,试验结果表明:制备的多孔聚合物具有发达的微孔结构,孔径在0.4~0.8 nm内连续分布,且较集中于0.5~0.6 nm,达到38%以上;溶胀剂的种类对孔径分布及累计孔容有显著的影响,可归因于溶胀剂与聚合物的溶解度差异,采用混合溶胀剂得到的孔径分布更加均匀,而采用环乙烷溶胀剂得到的累计孔容明显减少;多孔聚合物的CO_2吸附量主要受累计孔容的影响,累计孔容相当的聚合物吸附CO_2的量也近似,在273 K、0.101 MPa条件下,约为1.1%。     

改性球形活性炭对氨气吸附性能的研究

研究了不同金属盐溶液浸渍改性的球形活性炭对氨气的吸附性能以及同种浸渍剂的最佳浸渍比。采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、康塔吸附仪探究了不同浸渍比对浸渍炭样品的表面形貌、物相结构及孔径分布的影响。通过固定床吸附装置对基炭和浸渍炭进行了氨气吸附性能的研究。结果表明：浸渍剂种类对氨气吸附效果有很大影响, 同等浸渍条件下, 氯化钴浸渍的活性炭具有最优氨气吸附效果, 氯化钴浸渍比为50%的样品对氨气的吸附量最高, 可达54.05 mg/mL, 为基炭的37倍。对吸附氨气后样品的物化性质进行分析以及程序升温脱附表征, 结果表明氯化钴与氨气反应生成了[Co（NH₃）₆]Cl₃。