新型固體胺吸附劑顆粒制備及CO2吸附性能研究.pdf

1、工業(yè)化進(jìn)程加快及能源需求增加引起CO2過(guò)度排放，隨之帶來(lái)的溫室氣體效應(yīng)引起氣候、環(huán)境進(jìn)一步惡化。作為我國(guó)最主要的一次能源，煤炭消費(fèi)量占一次能源消費(fèi)總量的70％以上，燃煤電廠(chǎng)煙氣中CO2排放量約占CO2排放總量的30%。因此，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠(chǎng)煙氣中CO2有效捕集對(duì)于改善環(huán)境、提高我國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。固體胺吸附劑制備簡(jiǎn)單、再生能耗低、吸附性能好，具有規(guī)模化應(yīng)用的潛能，但活性組分，如四乙烯五胺(TEPA)、聚乙烯亞胺(PEI)等熱穩(wěn)定性差、

2、黏度高、易團(tuán)聚，降低了CO2的吸附效率，多孔載體制備工藝復(fù)雜、成本高，提高了CO2的捕集成本。本文以減少TEPA團(tuán)聚、提高TEPA在載體孔道內(nèi)的分散度和降低吸附劑的制備成本為主線(xiàn)，制備了系列新型固體胺吸附劑顆粒，優(yōu)化了吸附工藝條件，研究了吸附劑的CO2吸附性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴“兩步法”改性MCM-41基吸附劑制備及吸附性能研究。以MCM-41為載體，將3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTS)嫁接到載體孔道內(nèi)表面，并將TEP

3、A浸漬到嫁接了APTS的MCM-41孔道中，制得復(fù)合吸附劑顆粒；在固定床中考察了APTS和TEPA的負(fù)載量比、吸附溫度及進(jìn)氣流量等因素對(duì)CO2吸附性能的影響，優(yōu)化了吸附工藝條件；研究了復(fù)合吸附劑的再生性能、吸附機(jī)理及吸附動(dòng)力學(xué)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)APTS和TEPA的負(fù)載量分別為30%和40%、吸附溫度為70°C、進(jìn)氣流量為40 mL/min時(shí)，吸附劑的飽和吸附量為3.50mmol/g，經(jīng)十次再生后，吸附量?jī)H減少了3.43%；復(fù)合吸附劑對(duì)CO2

4、吸附為物理吸附和化學(xué)吸附共同發(fā)生的過(guò)程，且以化學(xué)吸附為主。⑵混合胺改性MCM-41吸附劑制備及吸附性能研究。將TEPA和2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)物理混合，浸漬到MCM-41孔道中制得復(fù)合吸附劑顆粒；考察了TEPA和AMP的負(fù)載量、吸附溫度、進(jìn)氣流量等因素對(duì)吸附性能的影響；研究了吸附劑的再生性能和吸附動(dòng)力學(xué)，計(jì)算了胺效率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng) TEPA和AMP的負(fù)載量均為30%、吸附溫度為70°C、進(jìn)氣流量為30 mL/min時(shí)，吸

5、附劑的飽和吸附量為3.01 mmol/g，經(jīng)十五次再生后，吸附量減少了4.32%；胺效率為0.33，較TEPA單獨(dú)改性MCM-41的胺效率提高了94%。⑶TEPA改性多級(jí)介孔結(jié)構(gòu)復(fù)合吸附劑制備及吸附性能研究。將介孔層析硅膠(Gel)和MCM-41物理混合，得到具有多級(jí)介孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合載體，使用浸漬法制備了TEPA改性的多級(jí)介孔結(jié)構(gòu)復(fù)合吸附劑；考察了Gel與MCM-41的質(zhì)量比、TEPA負(fù)載量、吸附溫度及 CO2濃度等因素對(duì)吸附性能的影響；

6、探討了孔徑分布對(duì) TEPA的選擇性；研究了吸附劑的再生性能、吸附熱力學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Gel與MCM-41的質(zhì)量比為1:1、TEPA負(fù)載量為50%、吸附溫度為55°C時(shí)，吸附劑的飽和吸附量為4.27 mmol/g；吸附劑制備過(guò)程中， TEPA優(yōu)先進(jìn)入孔徑相對(duì)較小的介孔，小孔對(duì)TEPA的選擇性高，TEPA在復(fù)合載體孔道內(nèi)分散均勻。⑷TEPA改性活化煤焦吸附劑制備及吸附性能研究。以?xún)r(jià)廉易得的煤粉為原料，熱解過(guò)程通入水蒸氣活化得到具

7、有一定孔隙和裂縫系統(tǒng)的活化焦，將TEPA浸漬到擴(kuò)孔的活化焦中制得復(fù)合吸附劑顆粒；考察了擴(kuò)孔劑 HCl濃度、煤種、活化時(shí)間及吸附溫度等因素對(duì)吸附性能的影響；研究了吸附劑的再生性能和吸附動(dòng)力學(xué)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煤為鄂爾多斯煤、HCl濃度為6 M、活化時(shí)間為120 min時(shí)，吸附劑在60°C時(shí)的飽和吸附量為3.38 mmol/g，十次再生后，吸附量下降了5.6%；TEPA改性活化煤焦吸附劑的失活速率明顯小于TEPA改性MCM-41和TEPA改性G