介孔分子筛MCM-41吸附CO2研究

论文摘要

PEI作为具有丰富的氨基的长链高聚合物是性能良好的CO2吸附剂。但是单独使用其进行CO2气体吸附有许多的缺点和不足。比如起活吸附温度较高、只能在低温进行吸附并且吸附量较少。选择MCM-41作为吸附剂载体可以很好改进这些缺点。本文首先研究了PEI负载在MCM-41上进行CO2吸附的工艺条件的探索，探讨了不同负载量、不同温度以及CO2气速（气体分压）对吸附量的影响。吸附剂随着温度的增加，吸附量先增大后减小，在100摄氏度左右达到最大。而随着负载量的增加，气体吸附量也是逐渐增加。当负载量超过50%的时候，单位质量PEI的吸附量减少。可以看出MCM-41与PEI之间的协同作用在低负载量时并不明显，当负载量在50%的时候协同作用最明显，PEI单位吸附量最大。而当负载量超过50%的时候PEI就会逐渐堵塞在孔道口处，使CO2不能进入孔道内部，造成PEI分散度和利用率的下降。所以，本文制备的吸附剂吸附CO2的工艺条件为在100摄氏度下，负载50%PEI进行气体吸附。MCM-41介孔分子筛具有较高的水热稳定性及单一的孔道结构，而且具有较大的比表面积。通过不同方法合成的MCM-41可以具有不同的比表面积、孔径孔容和骨架结构等。这些不同孔道参数会对PEI的负载分散以及对CO2的吸附量产生影响。本文利用XRD，高倍透射电镜，N2等温吸附/脱附等方法对分子筛进行表征，测定和研究了不同的制备条件对MCM-41内部结构造成的影响。然后使用热重方法分析了吸附剂样品的CO2吸附性能。之后研究了MCM-41孔道内部的介孔结构对CO2吸附性能的影响。结果表明，同时具有大的比表面和孔容的介孔分子筛更有利于PEI的负载和分散。使用硫酸进行酸碱调节制备成的介孔分子筛MCM-41具有1131m2g-1比表面积和0.926cm3g-1的MCM-41样品负载了50%PEI，可达到了269.3mg/g-PEI的高吸附量。比同等温度下纯PEI的吸附量提高了2.4倍。分子筛原粉由于内部有模板剂所形成的胶束的存在，孔道内部被胶束分割成许多的亚纳米空间的分级结构。利用孔道内部的分级结构可以提高有机胺的分散度，提高CO2的吸附量。本文研究了通过使用化学萃取方法部分脱除模板剂，负载PEI制备固体吸附剂。用XRD、FT-IR、TEM、BET和TG对吸附剂进行表征，研究了模板剂所形成的分级结构对PEI分散度和CO2吸附量的影响。MCM-41原粉负载50%PEI得到的CO2吸附量比MCM-41煅烧后负载50%PEI样品提高了12.6%，达到131mg/g-吸附剂。原粉负载50%PEI与MCM-41煅烧后负载75%PEI吸附量基本一致，但是前者针对PEI的CO2吸附量为262mg/g，而后者为175mg/g，吸附量提高了50%。这说明在原粉孔道内部，由于存在丝状胶束而形成的分级结构提高了有机胺的分散度，从而增加了对CO2的吸附量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 二氧化碳捕集技术的概述
• 1.1.1 物理性捕集二氧化碳技术
• 1.1.2 化学性捕集二氧化碳技术
• 1.1.3 膜分离捕集技术
• 1.1.4 富氧燃烧技术
• 1.1.5 生物性捕集二氧化碳技术
• 2的研究应用概括'>1.2 有机胺吸收 CO₂的研究应用概括
• 2机理'>1.2.1 有机胺吸收 CO₂机理
• 2工艺'>1.2.2 MEA 富集 CO₂工艺
• 1.2.3 工艺过程中所存在的问题
• 1.3 介孔分子筛 MCM-417
• 1.3.1 介孔材料合成机理
• 1.3.2 液晶模板机理
• 1.3.3 协同作用机理
• 1.3.4 M41S 系列介孔分子筛的结构及合成
• 2吸附剂'>1.4 介孔二氧化硅 CO₂吸附剂
• 1.4.1 嫁接法
• 1.4.2 浸渍法
• 1.4.3 载体结构对氨基分散产生的影响
• 1.5 研究意义与主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.2 实验仪器
• 2.3 MCM-41 分子筛的制备
• 2.3.1 水热晶化法合成 MCM-41 分子筛
• 2.3.2 Zn-MCM-41 分子筛的制备
• 2.3.3 氨水为碱源合成微米 MCM-41 分子筛
• 2.3.4 硅酸钠作为硅源制备的 MCM-41 分子筛
• 2.3.5 正硅酸乙酯为硅源合成 MCM-41 分子筛
• 2.3.6 氨水为碱源合成制备 MCM-41 分子筛
• 2.3.7 酸性条件下 MCM-41 分子筛的合成
• 2.4 PEI 负载 MCM-41 介孔分子筛
• 2.5 MCM-41 表征
• 2.5.1 XRD
• 2.5.2 FT-IR
• 2.5.3 BET
• 2.5.4 TG/DTG
• 2.5.5 SEM
• 2.5.6 TEM
• 2工艺条件研究'>第三章 PEI-MCM-41 吸收 CO₂工艺条件研究
• 2研究'>3.1 PEI 吸收 CO₂研究
• 2反应机理'>3.1.1 PEI 吸收 CO₂反应机理
• 2性能研究'>3.1.2 PEI 吸收 CO₂性能研究
• 2性能研究'>3.1.3 MCM-41 吸收 CO₂性能研究
• 2的研究'>3.2 MCM-41 负载 PEI 吸附 CO₂的研究
• 2性能的影响'>3.2.1 温度对 MCM-41 负载 PEI 吸附 CO₂性能的影响
• 2研究'>3.2.2 不同压力 MCM-41 负载 PEI 吸附 CO₂研究
• 3.2.3 不同负载量对吸附剂吸附性能的影响
• 3.3 PEI 与 50%PEI-MCM-41 程序升温研究分析
• 3.4 总结与分析
• 2的影响'>第四章 MCM-41 内部孔道结构对吸附 CO₂的影响
• 4.1 XRD 表征
• 4.2 BET 分析
• 4.3 SEM 和 TEM 分析
• 2性能分析'>4.4 不同制备方法制备 MCM-41 吸附 CO₂性能分析
• 4.5 结论与分析
• 241'>第五章 MCM-41 部分脱出模板剂负载 PEI 吸收 CO₂41
• 5.1 MCM-41 分子筛改性
• 5.1.1 MCM-41 模板剂的脱除
• 5.1.2 有机胺的负载
• 5.2 对脱部分除模板剂后的 MCM-41 表征分析
• 5.2.1 XRD 分析
• 5.2.2 FT-IR 光谱分析
• 5.2.3 TEM
• 2等温吸附分析'>5.2.4 N₂等温吸附分析
• 5.2.5 TG/DTA 分析
• 5.3 总结与分析
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢