碱改性多孔碳材料的制备及气体吸附性能研究

摘要

多孔碳材料由于其具有高的比表面积、大的孔容积、稳定的化学特性、良好的导电性、机械强度高以及造价低等特点在气体的吸附与分离、能量存储与转化、催化以及双电层电容器等领域受到研究者的广泛关注。工业革命以来，以煤、石油天然气等化石燃料提供能源保障为基础发展经济的同时也随之引发了各种环境问题，其中酸性气体的排放如SO2、 CO2等成为环境的危害主要污染源。空气中存在大量的SO2、CO2气体容易造成酸雨、全球气候变暖等危害，破坏生态系统，并且对人类以及动物的生命健康造成威胁。目前已有多种脱除SO2、 CO2的方法，其中吸附法由于设备简单，投资较少，能耗低，二次污染小等优点成为最有发展前景的一种脱气法。
　　本文以碱改性多孔碳材料作为吸附剂，分别以甲醛，间苯二酚为碳源，加入尿素、三聚氰胺离子液体等含氮物质为氮源，用原位合成的方法在多孔碳材料表面引入碱性基团，进而增强其对SO2气体的吸附能力。同时我们还使用了研磨法对多孔材料进行表面改性，首先合成出介孔孔径的碳球前驱体材料，硝酸镁为客体相前驱体，碳前驱体材料中大量羟基的存在不仅提高了主客体之间的相互作用力，还保持了氧化镁粒子的高度分散性，并阻止了氧化镁粒子的转移和团聚在炭化过程中，展示了一个较好的CO2吸附性能。
　　通过利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、氮气吸附脱附等温线(BET)线傅里叶红外光谱(FT-TR)、CO2程序升温脱附(CO2-TPD)等检测手段对碳材料的形貌，内部结构，比表面积等进行了性能表征，结果表明，碱性物质成功的嫁接到碳材料的表面，材料随着碱性前驱体物质的增加碱性逐渐增强，材料的吸附性能较好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 多孔碳材料简介

1．2 多孔碳材料的研究现状

1．2．1 活化法

1．2．2 碳化凝胶法

1．2．3 模板法

1．3 多孔碳材料的形貌

1．3．1 球形

1．3．2 膜

1．3．3 单片

1．3．4 纤维

1．4 多孔碳材料的表面功能化

1．5 多孔碳材料在气体吸附方面的应用

1．5．1 多孔碳材料吸附CO2

1．5．2 多孔碳材料吸附SO2

1．6 本论文的主要内容

第2章实验试剂设备及分析表征

2．1 实验原料

2．2 仪器设备

2．3 分析表征

2．3．1 X射线衍射分析(XRD)

2．3．2 物理吸附仪(BET)

2．3．3 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．4 透射电子显微镜(TEM)

2．3．5 傅里叶变换红外光谱分析(FT-TR)

2．3．6 热重-差热分析(TG-DSC)

2．3．7 CO2程序升温脱附(CO2-TPD)

第3章 溶胶凝胶法制备含氮碳球

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 含氮碳球的制备

3．2．2 吸附实验流程及计算

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 SEM测试结果与表征

3．3．2 红外测试结果与表征

3．3．3 合成机理分析

3．3．4 吸附性能测试

3．4 本章小结

第4章 研磨法合成MgO-有序介孔碳球

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 有序介孔碳球的合成

4．2．2 MgO-有序介孔碳球复合材料的制备

4．2．3 CO2吸附性能测试

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 热重(TG)

4．3．2 X-射线衍射(XRD)

4．3．3 透射电镜(TEM)

4．3．4 氮气吸附脱附等温线(BET)

4．3．5 CO2程序升温脱附(CO2-TPD)

4．3．6 OMCs-MgO合成机理

4．3．7 CO2吸附性能测试

4．4 本章小结

第5章 溶剂挥发法合成含氮有序介孔碳

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 离子液体的合成

5．2．2 离子液体掺杂有序介孔碳的合成

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 热重(TG)

5．3．2 X-射线衍射(XRD)

5．3．3 氮气吸附脱附等温线(BET)

5．3．4 傅里叶红外光谱(FT-IR)

5．3．5 CO2吸附性能测试

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢