CO2吸附劑的合成、表征及其吸附性能研究.pdf

1、CO2作為主要的溫室氣體,其在大氣中的含量與日俱增,造成嚴(yán)重的溫室效應(yīng),引起了國(guó)際社會(huì)關(guān)注,也成為人類社會(huì)面臨的急需解決的重要問題。吸附分離技術(shù)作為從各類工業(yè)排氣中捕集CO2最有效技術(shù)之一,一直備受研究者的青睞。而在吸附分離技術(shù)中,研發(fā)具有高吸附容量、高選擇性和良好循環(huán)利用性能的CO2吸附劑成為技術(shù)的關(guān)鍵。
　　 近年來(lái)在研發(fā)的各類CO2吸附劑中,以氨基介孔材料和金屬有機(jī)骨架材料(Metal-organic frameworks

2、,MOFs)最受關(guān)注,因?yàn)槠渚哂懈弑缺砻娣e、大孔容、孔徑可調(diào)等優(yōu)點(diǎn),在CO2吸附、分離及存儲(chǔ)等領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本論文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下三部分:
　　 1.以陰離子表面活性劑十二烷基肌氨酸鈉為模板劑,采用γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APMS)和正硅酸乙酯(TEOS)分別為共結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑和硅源,合成了氨基介孔二氧化硅(AFMS)。考察APMS以及鹽酸用量等因素對(duì)氨基介孔二氧化硅材料結(jié)構(gòu)及CO2吸附性能的影響。

3、利用XRD、N2吸脫附等對(duì)合成的AFMS結(jié)構(gòu)和孔性質(zhì)進(jìn)行表征,以體積法CO2靜態(tài)吸附、重量法CO2動(dòng)態(tài)吸附和CO2-TPD表征合成材料的CO2吸附性能。結(jié)果表明,合成體系中APMS量和鹽酸量的變化,對(duì)合成材料的CO2吸附量有較大影響。增加材料表面-NH2數(shù)量以及比表面積和孔容,有利于CO2的吸附量的增加。在100 kPa和30℃下,在最佳條件下合成的材料對(duì)CO2吸附量可達(dá)1.95 mmol／g,且經(jīng)過(guò)十次CO2吸附-解吸循環(huán)后基本保持C

4、O2吸附性能不變。此外,在相同條件下,材料對(duì)N2或CH4基本沒有吸附,顯示出良好的CO2吸附選擇性,合成的材料有望用于CO2／N2和CO2／CH4混合氣中對(duì)CO2的吸附分離。
　　 2.分別合成了MIL-53(Al)和NH2-MIL-53(Al)金屬有機(jī)骨架材料?？疾炝撕铣蓽囟取⒑铣蓵r(shí)間、酸堿度以及活化溫度等因素對(duì)合成MIL-53(Al)和NH2-MIL-53(Al)晶體的表面形貌和晶體結(jié)構(gòu)的影響,并利用XRD和SEM對(duì)合成材料

5、進(jìn)行表征。結(jié)果顯示,在水相中,以Al(NO3)3和對(duì)苯二甲酸(其摩爾比為2)為反應(yīng)原料,190℃下晶化4天,330℃下活化3天,可得到晶體大小均一(4-6 μm)、BET比表面積為1149 m2／g的MIL-53(Al)晶體；在水相中,以Al(NO3)3和2-氨基對(duì)苯二甲酸(其摩爾比為1)為反應(yīng)原料,150℃下晶化5 h,活化處理后可得到晶體大小均一(2-3μm)、BET比表面積為1107 m2／g的NH2-MIL-53(Al)晶體。<

6、br>　　 3.利用物理吸附儀,研究了CO2在MIL-53(Al)和NH2-MIL-53(Al)兩種材料上的吸附行為。MIL-53(Al)和NH2-MIL-53(Al)都顯示了良好的CO2吸附性能。在MIL-53(Al)材料上,當(dāng)吸附溫度低于CO2的臨界溫度(31℃)時(shí),觀察到MIL-53(Al)吸附CO2后,主-客體分子間相互作用引起骨架收縮,從而引起lp(large pore)-np(narrow pore)兩種不同構(gòu)型的轉(zhuǎn)變。但