納米結(jié)構(gòu)多孔炭的制備及CO2吸附分離性能.pdf

1、溫室效應(yīng)引起的一系列氣候問(wèn)題如全球變暖日益威脅人類(lèi)的生存環(huán)境，促使人類(lèi)實(shí)現(xiàn)溫室氣體特別是CO2的減排。在目前眾多CO2捕獲分離方法中，吸附分離正受到越來(lái)越多的關(guān)注，提高其效率和效益的核心是研制高性能的吸附劑。其中，多孔炭孔隙發(fā)達(dá)、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、再生性能優(yōu)越，同時(shí)造價(jià)低廉，成為CO2捕獲分離過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)選擇。本文以酚醛聚合物基多孔炭為研究對(duì)象，通過(guò)調(diào)變反應(yīng)條件制備納米結(jié)構(gòu)多孔炭，所得多孔炭具有良好的CO2吸附分離性能。
　

2、　利用堿式碳酸鎂的催化功能及易分解特性，實(shí)現(xiàn)間苯二酚、甲醛的快速凝膠，炭化得孔隙發(fā)達(dá)的多孔炭(MCM-Mg)，其軸向抗壓強(qiáng)度達(dá)9.4MPa。該方法將凝膠過(guò)程縮短至30 min，孔隙也更為發(fā)達(dá)。273K下該系列的靜態(tài)CO2吸附量可達(dá)3.49～4.50mmol·g-1(1 bar);0.15bar最高可達(dá)1.87mmol·g-1。研究發(fā)現(xiàn)，微孔對(duì)材料吸附性能起主導(dǎo)作用;MCM-Mg的單位微孔比表面積可吸附7.15μmol CO2，高于大部分

3、活化法制備的炭材料。多組分動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)表明，該系列材料可實(shí)現(xiàn)CO2/N2的完全分離，并且在室溫條件下，經(jīng)過(guò)惰性氣體吹掃即可實(shí)現(xiàn)再生，同時(shí)具有良好的耐水汽性能和循環(huán)再生性能。
　　根據(jù)相似相溶原理，加入有機(jī)溶劑可提高聚合物前體在溶劑中的分散程度，因此利用有機(jī)溶劑熱的方法，向反應(yīng)體系中引入有機(jī)溶劑制備多孔炭OSC。相比于水溶劑體系，引入有機(jī)溶劑后的多孔炭孔隙更為發(fā)達(dá)，總孔容達(dá)到水體系的兩倍以上。研究得最優(yōu)合成條件為“固含量15％的體系

4、經(jīng)90℃反應(yīng)后在800℃下炭化”。該條件下材料可吸附3.11mmol·g-1CO2。對(duì)材料進(jìn)行吸附速率測(cè)試發(fā)現(xiàn)，有機(jī)系OSC-D可以在短時(shí)間內(nèi)吸附更多的CO2，這應(yīng)歸因于有機(jī)系的小尺寸單元和發(fā)達(dá)多孔結(jié)構(gòu)。此外材料可以實(shí)現(xiàn)CO2/N2和CO2/CH4混合氣的分離。
　　以廉價(jià)的無(wú)機(jī)鹽NaCl為模板，以酚醛胺為炭前驅(qū)體，在溫和的條件下制得多孔炭。選擇異丙醇/水體系為溶劑，得到宏觀/微觀均勻的材料。由氮吸附可得NaCl的模板作用主要體現(xiàn)