玉米芯活性炭的制备、改性及CO2气体吸附性能研究

摘要

由于全球工业现代化步伐加快，过多的燃烧化石燃料排放了大量的二氧化碳等温室气体，造成全球温室效应逐年加重。因此，二氧化碳的捕集回收技术对于减少二氧化碳的排放有着重要意义，研究高性能、廉价、环保的吸附材料成为了全球迫在眉睫的课题。活性炭由于其孔隙发达、高比表面、吸附能力强、力学强度高、化学稳定性好、易再生等优点被广泛应用，而以农作物废弃物等植物可再生资源制备活性炭具有较高的社会经济效益和广阔的发展前景。本论文以农业废弃物—玉米芯为原料制备活性炭，并对其改性，成功用于二氧化碳气体的回收捕集。
　　首先，本论文以玉米芯为原料采用KOH化学活化法分两步制备活性炭，即将磨碎的玉米芯炭化后再以KOH为活化剂进行高温活化，制备玉米芯活性炭。在大量实验的基础上，考察分析了时间、温度、物料浓度等因素对制备玉米芯活性炭的影响，确定了具有高二氧化碳吸附性能的玉米芯活性炭的最优制备条件。
　　玉米芯活性炭的最优制备条件为:炭化温度，450℃;炭化时间，4h; KOH溶液浓度，1mol/L;活化温度，800℃。在此条件下制备的玉米芯活性炭有最大的比表面积，为653.2m2/g,同时具有发达的孔隙结构和丰富的有机官能团。利用热重分析仪研究确定了30℃常压条件制备的玉米芯活性炭下CO2和N2的吸附量分别为1.649mmol/g、0.418mmol/g。研究表明，制备的玉米芯活性炭对CO2气体有很好的吸附选择性能，可应用于CO2气体的回收捕集。
　　其次，本论文以HNO3、Ca(NO3)2、NaNO3、MgNO3)2等氧化剂和Na2CO3、K2CO3、NH3·H2O等还原剂对最优条件下制备的玉米芯活性炭进行改性，采用X射线荧光分析、傅立叶变换红外光谱分析、等温吸附线分析等方法考察了改性剂种类对玉米芯活性炭性能的影响。结果表明，玉米芯活性炭经过Na2CO3改性后对CO2气体吸附量提高最多，35℃时对CO2气体吸附量为2.043mmol/L，比改性前提高了28％。所以，制备的玉米芯活性炭经过Na2CO3改性后能提高对CO2的气体吸附性能，更有助于CO2气体的回收捕集。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 CO2气体与温室效应

1．2 CO2气体回收技术

1．2．1 吸收法

1．2．2 膜法

1．2．3 低温蒸馏法

1．2．4 催化燃烧法

1．2．5 水合物法

1．2．6 吸附法

1．3 常用的气体吸附剂

1．3．1 活性炭

1．3．2 沸石分子筛

1．3．3 硅胶

1．3．4 氧化铝

1．3．5 高温CO2吸附剂

1．3．6 其他吸附剂

1．4 活性炭吸附材料的制备应用及改性

1．4．1 活性炭的结构特性

1．4．2 活性炭的制备原料

1．4．3 活性炭的制备方法

1．4．4 活性炭的改性方法

1．5 玉米芯资源的综合利用

1．6 本课题的研究意义及研究内容

1．6．1 本课题的研究意义

1．6．2 本论文的研究内容

第2章 研究方案、材料和方法

2．1 实验的研究方案

2．2 实验所用试剂及仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 活性炭的分析表征方法

第3章 玉米芯活性炭的制备及CO2吸附性能研究

3．1 玉米芯活性炭的制备

3．1．1 玉米芯活性炭制备的实验装置

3．1．2 KOH化学活化法的制备工艺

3．2 玉米芯的炭化

3．2．1 玉米芯炭化物收率

3．2．2 玉米芯炭化物比表面积

3．2．3 玉米芯炭化物X射线衍射光谱

3．3 玉米芯炭化物的活化

3．3．1 玉米芯活性炭收率

3．3．2 玉米芯活性炭比表面积

3．3．3 玉米芯活性炭孔径分布和累计孔体积

3．4 玉米芯活性炭的表征

3．4．1 玉米芯活性炭的X射线衍射光谱表征

3．4．2 玉米芯活性炭的红外光谱表征

3．4．3 玉米芯活性炭的扫描电镜表征

3．5 玉米芯活性炭的CO2气体吸附性能

3．5．1 玉米芯活性炭的热解过程及失重分析

3．5．2 玉米芯活性炭的CO2气体吸附性能

3．6 本章小结

第4章 玉米芯活性炭的改性及CO2吸附性能研究

4．1 玉米芯活性炭的改性

4．2 玉米芯活性炭改性的实验装置

4．3 玉米芯活性炭的氧化改性

4．3．1 玉米芯活性炭的氧化改性方法

4．3．2 X射线荧光分析表征

4．3．3 红外光谱表征

4．3．4 CO2气体吸附性能表征

4．4 玉米芯活性炭的碱性还原改性

4．4．1 玉米芯活性炭的碱性还原改性方法

4．4．2 X射线荧光分析

4．4．3 红外光谱表征

4．4．4 CO2气体吸附性能表征

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢