納米管基CO2吸附劑的制備及其改性研究.pdf

1、CO2等溫室氣體引起的溫室效應(yīng)及全球氣候變化已經(jīng)引起了國際社會的普遍關(guān)注。CO2捕集是目前最主要的CO2減排技術(shù)?？紤]燃煤電廠的實際煙氣條件，使用在中低溫條件下具有高吸附量、高選擇性、循環(huán)使用性能穩(wěn)定的吸附劑可以大大降低CO2的分離成本和電廠運(yùn)行成本。將含高密度氨基的有機(jī)胺引入到高比表面積、大孔容的多孔納米管基材料中，制備得到優(yōu)異的新型功能化復(fù)合吸附劑。胺改性納米管基吸附劑可大大提高CO2的吸附容量，改善吸附特性，但同時存在胺有效利用率

2、低、循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。本文系統(tǒng)地研究了幾種具有優(yōu)異吸附容量和熱穩(wěn)定性的新型吸附劑，在改善基底材料酸堿性能、提高胺負(fù)載復(fù)合材料吸附特性方面進(jìn)行了一些探索。
　　 首先，本文采用濕式浸漬法制備了聚合有機(jī)胺負(fù)載改性的氫鈦酸納米管吸附劑，考察了不同負(fù)載量、不同吸附溫度條件下的CO2吸附容量。研究結(jié)果表明:這類復(fù)合材料在75至100℃的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的吸附容量，高達(dá)130 mg/g;同時該復(fù)合材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和吸附/脫附循環(huán)性

3、能。
　　 接著，本文探索了氫鈦酸納米管的表面化學(xué)特性對負(fù)載胺的CO2吸附性能的影響。氫鈦酸納米管表面上含有豐富的Br(o)nsted酸性位，可以通過酸-堿作用將負(fù)載胺固定其上，從而提高了吸附劑的熱穩(wěn)定性。同時，酸-堿作用將使有機(jī)胺端位的NH2/NH基團(tuán)質(zhì)子化形成NH3+/NH2+基團(tuán)。在這些基團(tuán)上呈弱吸附態(tài)CO2比通過兩性離子機(jī)制形成的氨基甲酸鹽更容易分解脫附，有效提高了復(fù)合吸附劑的循環(huán)吸附/脫附性能。此外，胺改性鈦管的胺有效

4、利用率、CO2的擴(kuò)散速率等特性均得以改善。
　　 其次，本文采用一步原位合成的方法在SBA-15的表面引入單層分散的長烷基鏈-(CH2)3-SO3H，將后續(xù)負(fù)載的PEI分散成小尺寸顆粒，從而暴露出了更多的吸附活性位，有效降低了CO2在其中的擴(kuò)散阻力，也顯著提高了CO2吸附容量。同時，改善SBA-15表面酸-堿特性可以防止負(fù)載胺在多次循環(huán)操作中的流失，提高了吸附/脫附循環(huán)穩(wěn)定性。
　　 最后，鑒于基底材料表面酸性位對負(fù)載胺

5、的分散和固定作用，本文采用原位異原子摻雜和后續(xù)硫酸化處理的方法對高比表面、大孔容的SBA-15進(jìn)行改性。實驗結(jié)果顯示，在7vol％CO2/N2、75℃的條件下，CO2吸附容量可達(dá)50 mg/g以上，相比未改性吸附劑提高了一倍之多。而且改性后的吸附/脫附循環(huán)穩(wěn)定性能得到明顯提升，30次循環(huán)吸附/脫附操作后，仍能保留92％的吸附容量（改性前僅為77％）。
　　 針對胺改性復(fù)合材料中負(fù)載胺易揮發(fā)流失等問題，本文從改善納米管基底材料的表