氨基修饰SBA-15原粉基吸附剂的制备及其CO2吸附性能

摘要

温室气体CO2的大量排放，引起越来越严重的温室效应和环境问题，使得对CO2的捕集与减排刻不容缓。固体胺吸附剂由于具有对设备无腐蚀、制备简单、再生能耗低和吸附效果好等优点，已经成为CO2捕集研究的热点。在固体胺吸附剂中以SBA-15原粉作为载体，不但可以节省焙烧所用时间和能耗，还可以充分利用模板剂P123在孔道中的分散作用将活性组分均匀分散，有利于吸附剂的吸附性能。本文首先以SBA-15原粉为载体制备了一系列CO2固体吸附剂，然后在此基础上对吸附工艺条件进行了优化，最后考察了吸附剂的CO2吸附性能和吸附机理，得到主要结论如下：
　　1、首先采用浸渍法制备了SBA-15(p)-xTEPA系列CO2固体吸附剂。表征结果表明TEPA改性后SBA-15(p)仍保持着有序的介孔孔道结构；TEPA与P123的协同作用使吸附剂的起始分解温度提高，从而增强了吸附剂的稳定性。优化实验和正交实验结果表明，该吸附剂有较宽的进气流量适用范围，最佳吸附条件下SBA-15(p)-60TEPA的饱和吸附量高达5.39 mmol/g，9次吸脱附循环后吸附量仍维持在5.0 mmol/g。通过吸附动力学和失活模拟研究知该吸附剂对CO2的吸附以化学吸附为主，SBA-15(p)-xTEPA对CO2的动态吸附穿透曲线符合失活模型，符合度在0.99以上。
　　2、然后采用嫁接浸渍法制备了SBA-15(p)-AP-xT(AP=APTES，T=TEPA)系列CO2固体吸附剂。表征结果发现P123在APTES嫁接到SBA-15(p)上的过程中被萃取出来；嫁接APTES和浸渍 TEPA都未改变载体孔道结构，而且制备的该系列吸附剂在150℃下稳定存在。在优化条件下SBA-15(p)-AP-70T吸附剂的饱和吸附量高达5.687 mmol/g，穿透吸附量是饱和吸附量的81.4％，15次吸脱附循环后，其饱和吸附量稳定在5.2 mmol/g左右。模拟结果显示SBA-15(p)-AP-70T吸附动力学符合Avrami模型，CO2的动态吸附穿透曲线符合失活模型。
　　3、采用混合胺浸渍法制备了SBA-15(p)-xP-yT（P=PEI600，T=TEPA）系列CO2固体吸附剂。表征结果表明改性后SBA-15(p)的物化性质变化较大，但其孔道结构基本不受影响；在PEI600、TEPA和模板剂P123三者的协同作用下，该吸附剂的热稳定性优于TEPA单独浸渍SBA-15(p)。SBA-15(p)-30P-40T吸附剂性价比较高，实验条件下其饱和吸附量为4.637 mmol/g，氨基利用率为0.359。SBA-15(p)-30P-40T对CO2的吸附过程既有物理吸附又有化学吸附，以化学吸附为主。失活模型能很好的模拟SBA-15(p)-30P-40T对 CO2的动态吸附穿透曲线，对SBA-15(p)-30P-40T在不同温度下的失活模拟结果进行分析得到K0和Kd与 T的关系式：K0=1739.5-16.05T，Kd=3.2273-0.0295T。
　　4、最后运用原位红外光谱法研究了CO2在氨基修饰的SBA-15(p)基吸附剂上的吸附机理。表征结果显示随着吸附过程的进行，吸附剂上NH2和NH的振动吸收峰逐渐减弱，NCOOH、NHCOOH、NH3+、NH2+、NCOO-和NHCOO-的吸收峰出现且逐渐增强，这是由于伯胺、仲胺首先与 CO2生成两性离子中间产物RNCOOH和RNHCOOH，然后两性离子中间产物RNCOOH和RNHCOOH去质子化最终生成质子化产物和氨基甲酸盐。

目录

声明

符号说明

第一章 绪 论

1.1二氧化碳排放与减排

1.2二氧化碳捕集

1.3二氧化碳捕集分离方法

1.4二氧化碳吸附剂改性方法

1.5固体多孔材料对CO2吸附性能研究进展

1.6研究思路

1.7研究内容

第二章 实验部分

2.1实验试剂和仪器

2.2实验载体的制备

2.3固体吸附剂的制备

2.4样品表征

2.5吸附剂的CO2吸附脱附性能测试

第三章 TEPA浸渍改性SBA-15原粉基吸附剂的制备及其CO2吸附性能

3.1试剂、材料

3.2吸附剂制备

3.3表征

3.4吸附剂的CO2吸脱附性能测试

3.5结果与讨论

3.6本章小结

第四章 两步法改性SBA-15原粉基吸附剂的制备及其

4.1试剂、材料

4.2吸附剂的制备

4.3表征

4.4吸附剂的CO2吸附脱附性能测试

4.5结果与讨论

4.6本章小结

第五章 PEI、TEPA共浸渍改性SBA-15原粉基吸附剂的制备及其CO2吸附性能

5.1试剂、材料

5.2吸附剂的制备

5.3表征

5.4吸附剂的CO2吸附脱附性能测试

5.5结果与讨论

5.6本章小结

第六章 氨基修饰SBA-15原粉基吸附剂的CO2吸附机理研究

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文