基于乙二酸的分子印跡型吸附劑捕集CO2的實驗研究.pdf

1、二氧化碳的捕集與封存技術(shù)(CCS)是實現(xiàn)二氧化碳減排并促進中國化石能源清潔利用的重要方法之一。該技術(shù)包括CO2捕集、運輸以及封存三個環(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，并開展了燃煤煙氣中CO2吸附和再生實驗研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　針對燃煤煙氣中CO2含量高、燃煤煙氣工況條件和煙氣成分復(fù)雜等特點，根據(jù)分子印跡技術(shù)的原理，對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驗手段考察了溶劑和引發(fā)方式對吸附劑結(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CO2捕集實驗，驗證了分子印跡型吸附劑選擇性吸附CO2的可行性。
　　詳細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、及掃描電鏡等實驗手段，對吸附劑結(jié)構(gòu)進行了表征;采用DSC-TGA的方法，對CO2吸附容量和吸附焓進行了測定;通過固定床實驗，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密度的影響，比表面積越大，表面酰胺基團越多，CO2吸附容量越大;在25℃時，CO2吸附量可達到0.912mmol/g，在60℃時，可達到0.478mmol/g;吸附量經(jīng)過50次連續(xù)的吸附/脫附實驗后，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CO2吸附量有一定的影響，SO2濃度低于150mg/m3時，CO2吸附量隨著SO2濃度的增加而增大，SO2濃度高于150mg/m3時，隨著SO2濃度的增加，CO2的吸附量逐漸減少。再生實驗表明，分子印跡型吸附劑對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程可控性差、模板分子難洗脫以及印跡位點分布不均勻的問題，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比，研究了不同改性方法對硅膠物理化學(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密度和比表面積最大，CO2吸附量最高，在25℃時，CO2吸附量可達到1.03mmol/g，在60℃時，CO2吸附量可達到0.67mmol/g，其CO2吸附屬于物理吸附。通過固定床實驗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個吸附/脫