二氧化碳吸附分離和光催化轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、以二氧化碳為主的溫室氣體是導(dǎo)致全球氣候變暖的主要原因,捕集和利用既緩解溫室效應(yīng)又以碳源形式儲(chǔ)存下來。吸附被認(rèn)為是目前二氧化碳捕獲行之有效的方法,尤其是擁有吸附量高、再生能量低等優(yōu)點(diǎn)的有機(jī)胺修飾的分子篩吸附劑被研究地最為廣泛。為解決顆粒吸附劑工業(yè)應(yīng)用壓降大的缺陷、建立二氧化碳高效捕獲體系,迫切需要開發(fā)出一種高吸附能力、高穩(wěn)定性的吸附劑以及傳質(zhì)傳熱效果良好的高性能反應(yīng)器。同時(shí),捕獲之后利用太陽能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可再次被人類利用的液體燃料和一

2、定附加值的化學(xué)品,從能源、資源和環(huán)境的角度考慮都是十分有意義的。為高效利用太陽能和有效還原二氧化碳,設(shè)計(jì)開發(fā)對可見光響應(yīng)、具有高活性和穩(wěn)定性的光催化劑是目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題之一。
　　為了實(shí)現(xiàn)高效捕獲二氧化碳,本文首次以四乙烯五胺(TEPA)修飾的介孔分子篩(SBA-15(P))吸附劑為活性組分、堇青石陶瓷為載體,采用載體成型后負(fù)載的方式制備了整體式二氧化碳吸附劑。根據(jù)活性組分的不同分為直接負(fù)載整體式吸附劑和原位負(fù)載整體式吸附

3、劑;原位負(fù)載整體式吸附劑又分別采用乙醇和胺乙醇溶液進(jìn)行后處理方法得到三種不同的整體式吸附材料。二氧化碳吸脫附測試結(jié)果表明:與顆粒吸附劑相比,直接負(fù)載整體式吸附劑具有更強(qiáng)的吸附性能和較好的循環(huán)使用穩(wěn)定性;經(jīng)胺乙醇溶液處理的原位負(fù)載整體式吸附劑擁有最優(yōu)的吸附性能和循環(huán)使用穩(wěn)定性。粉末 X射線衍射(XRD)、N2吸附(N2-adsroption)、掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外分析(FTIR)和元素分析等表征分析結(jié)果表明,經(jīng)胺乙醇溶液處理的整

4、體式吸附材料上TEPA的分散狀態(tài)及其與SBA-15(P)的鍵合形態(tài)可以得到有效調(diào)控,相當(dāng)于“二次浸漬”的功能,形成有利于吸附二氧化碳的鍵合形態(tài),從而提高了吸附材料的循環(huán)使用穩(wěn)定性。
　　為探索二氧化碳的有效轉(zhuǎn)化,本文創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)并制備了化學(xué)鍍銅法負(fù)載銅、硫摻雜的TiO2基光催化劑(Cu/S-TiO2),并對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征和測試。XRD、XPS和EXAFS測試結(jié)果證明化學(xué)還原法制備的銅物種為Cu2O和CuO。TEM和STEM

5、結(jié)果表明化學(xué)鍍銅法負(fù)載的銅物種連續(xù)且均勻地分散在S-TiO2表面形成了網(wǎng)狀電路,有利于光生電子的捕獲、轉(zhuǎn)移和分離。UV-Vis吸收光譜結(jié)果說明化學(xué)鍍銅法制備Cu/S-TiO2對可見光有較強(qiáng)的吸收?；瘜W(xué)鍍銅法制備的Cu/S-TiO2在紫外條件下光催化還原二氧化碳反應(yīng)中都表現(xiàn)出較好的活性,液相產(chǎn)物主要為甲醇。原位紅外實(shí)驗(yàn)證實(shí) OH自由基作為中間產(chǎn)物參與反應(yīng)進(jìn)行和催化劑有可見光條件下還原二氧化碳的能力?；诖?本文提出了紫外光下化學(xué)鍍銅法制備