基于乙二酸的分子印跡型吸附劑捕集CO2的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、二氧化碳的捕集與封存技術(shù)(CCS)是實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排并促進(jìn)中國(guó)化石能源清潔利用的重要方法之一。該技術(shù)包括CO2捕集、運(yùn)輸以及封存三個(gè)環(huán)節(jié)，其中，CO2捕集是投資成本和能耗最為密集的環(huán)節(jié)。吸附法CO2捕集技術(shù)具有降低CO2捕集成本和能耗的潛力，而且能夠克服傳統(tǒng)醇胺法CO2捕集所存在的吸收劑降解、設(shè)備腐蝕等問(wèn)題。但傳統(tǒng)的CO2吸附劑通常難以適應(yīng)電站鍋爐燃燒后煙氣量大、CO2濃度高、成分復(fù)雜的煙氣工況。因此，本文根據(jù)分子印跡技術(shù)的原理，采用本

2、體聚合法，制備了一種具有高CO2吸附容量、高選擇性的分子印跡型CO2吸附劑，并開(kāi)展了燃煤煙氣中CO2吸附和再生實(shí)驗(yàn)研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　針對(duì)燃煤煙氣中CO2含量高、燃煤煙氣工況條件和煙氣成分復(fù)雜等特點(diǎn)，根據(jù)分子印跡技術(shù)的原理，對(duì)制備分子印跡型吸附劑的三要素，即模板分子、功能單體和交聯(lián)劑進(jìn)行了篩選，分別確定了模板分子為乙二酸，功能單體為丙烯酰胺，交聯(lián)劑為乙二醇二甲基丙烯酸脂;采用本體聚合方式，制備了分子印跡型CO2吸附

3、劑，并采用N2吸附和熱重分析等實(shí)驗(yàn)手段考察了溶劑和引發(fā)方式對(duì)吸附劑結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明，以乙腈為主的溶劑體系和恒溫60℃熱聚合的引發(fā)方式更易制備出高比表面積的分子印跡型CO2吸附劑;利用Chembio3D軟件并通過(guò)CO2捕集實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了分子印跡型吸附劑選擇性吸附CO2的可行性。
　　詳細(xì)探討了分子印跡型吸附劑的CO2吸附容量和吸附焓與吸附劑結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系、以及其吸附再生性能和吸附選擇性。采用N2物理吸附、熱重分析、傅里葉紅外分析以

4、及掃描電鏡等實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)吸附劑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征;采用DSC-TGA的方法，對(duì)CO2吸附容量和吸附焓進(jìn)行了測(cè)定;通過(guò)固定床實(shí)驗(yàn)，研究了吸附劑的再生性能和吸附選擇性。研究結(jié)果表明，分子印跡型吸附劑的CO2吸附容量受比表面積和表面酰胺基團(tuán)密度的影響，比表面積越大，表面酰胺基團(tuán)越多，CO2吸附容量越大;在25℃時(shí)，CO2吸附量可達(dá)到0.912mmol/g，在60℃時(shí)，可達(dá)到0.478mmol/g;吸附量經(jīng)過(guò)50次連續(xù)的吸附/脫附實(shí)驗(yàn)后，僅降低了2

5、％;分子印跡型吸附劑的CO2吸附焓值低于40kJ/mol，屬于物理吸附;CO2/N2分離因子高達(dá)260，且吸附劑CO2吸附容量基本不受H2O、O2和NOx的影響，表明吸附劑具有良好的吸附選擇性。煙氣中SO2濃度對(duì)CO2吸附量有一定的影響，SO2濃度低于150mg/m3時(shí)，CO2吸附量隨著SO2濃度的增加而增大，SO2濃度高于150mg/m3時(shí)，隨著SO2濃度的增加，CO2的吸附量逐漸減少。再生實(shí)驗(yàn)表明，分子印跡型吸附劑對(duì)SO2的吸附為可

6、逆吸附。
　　為了克服本體聚合方式制備分子印跡吸附劑存在的研磨過(guò)程可控性差、模板分子難洗脫以及印跡位點(diǎn)分布不均勻的問(wèn)題，以硅膠為基底，制備了一種硅膠表面印跡CO2吸附劑，并與其他三種硅膠改性材料（APTMS嫁接硅膠吸附劑、AAM聚合物嫁接硅膠吸附劑、AAM聚合物浸漬硅膠吸附劑）進(jìn)行了吸附劑的孔結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性以及CO2吸附容量和吸附焓的對(duì)比，研究了不同改性方法對(duì)硅膠物理化學(xué)結(jié)構(gòu)及CO2吸附性能的影響。四種吸附劑熱穩(wěn)定性

7、較好，在25-250℃的溫度范圍內(nèi)，均未觀察到明顯的質(zhì)量熱損失;四種吸附劑中，硅膠表面印跡CO2吸附劑的表面酰胺基團(tuán)密度和比表面積最大，CO2吸附量最高，在25℃時(shí)，CO2吸附量可達(dá)到1.03mmol/g，在60℃時(shí)，CO2吸附量可達(dá)到0.67mmol/g，其CO2吸附屬于物理吸附。通過(guò)固定床實(shí)驗(yàn)研究了硅膠表面印跡CO2吸附劑的再生性能，結(jié)果表明，硅膠表面印跡吸附劑再生溫度較低，在70℃下基本可完全再生，其CO2吸附容量在10個(gè)吸附/脫