氨基化鈦基復(fù)合CO2吸附劑的制備及性能研究.pdf

1、二氧化碳作為溫室氣體及隨之而來(lái)的全球變暖效應(yīng)的主要貢獻(xiàn)者，其排放造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。據(jù)報(bào)道，大氣中CO2的濃度在2017年2月已經(jīng)達(dá)到了406.42ppm。為了減少二氧化碳排放，越來(lái)越多的二氧化碳捕集技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。在各種CO2捕集技術(shù)中，固體材料吸附法被認(rèn)為是最有效的技術(shù)之一，該技術(shù)的關(guān)鍵是找到具有優(yōu)異CO2捕集性能的吸附劑。由于-NH2與CO2分子間的強(qiáng)相互作用，氨基化復(fù)合吸附劑在模擬煙氣條件下具有較高的CO2吸附能力、CO2/N

2、2選擇性以及可循環(huán)使用性，在捕集CO2方面具有很好的應(yīng)用前景。本論文開(kāi)展了氨基化鈦基復(fù)合吸附劑的制備及其對(duì)CO2的吸附性能研究，研究結(jié)果如下:
　　1.采用一步水解法，以異丙醇鈦為原料制得多孔二氧化鈦，通過(guò)浸漬法將有機(jī)胺-四乙烯五胺(TEPA)負(fù)載到多孔載體上，制得40wt.％TEPA改性多孔氧化鈦。吸附劑的CO2捕集性能通過(guò)連有在線氣相色譜儀的固定床反應(yīng)器進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在模擬火電廠煙氣條件下(75℃，10.0％(v/v)C

3、O2/N2)，該復(fù)合吸附劑的CO2吸附量為2.23mmol/g，其值低于對(duì)應(yīng)的氨基化硅基復(fù)合材料。
　　2.為了進(jìn)一步提高氨基化鈦基復(fù)合材料的CO2吸附性能，采用水熱合成的方法，以銳鈦礦型氧化鈦(Ⅳ)為原料，制備具有大孔徑和高孔容的質(zhì)子化鈦酸鹽納米管(PTNT)，通過(guò)浸漬的方法，將不同數(shù)量的TEPA負(fù)載其上，得到一系列氨基化復(fù)合材料并用于CO2的吸附。使用氮?dú)馕?、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅立葉變換紅外

4、光譜(FT-IR)、X射線粉末衍射(XRD)和熱重分析(TG)等方法對(duì)合成的吸附劑進(jìn)行了表征。CO2吸附測(cè)試結(jié)果表明，在模擬煙氣條件下，負(fù)載60wt.％TEPA的PTNT復(fù)合吸附劑具有4.13mmol/g的CO2吸附能力，高于上述TEPA改性的多孔氧化鈦、負(fù)載相同量TEPA的SBA-15復(fù)合吸附劑以及許多先前文獻(xiàn)報(bào)道的TEPA浸漬材料。該復(fù)合材料具有高的CO2吸附性能是由于PTNT載體具有大的孔徑和孔容以及特殊的表面性質(zhì)。CO2的吸附-

5、解吸循環(huán)測(cè)試結(jié)果顯示，負(fù)載60wt.％TEPA的PTNT復(fù)合吸附劑具有良好的再生性和穩(wěn)定性。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)水分的存在對(duì)該吸附劑的CO2吸附性能具有促進(jìn)的作用。
　　3.為了找到具有更高CO2吸附量的氨基化PTNT復(fù)合吸附劑，并進(jìn)一步理解該體系材料的CO2吸附機(jī)理，通過(guò)水熱合成法制備具有不同孔隙結(jié)構(gòu)的PTNT，并進(jìn)一步通過(guò)浸漬法，將不同類型和數(shù)量的有機(jī)胺負(fù)載到載體上得到復(fù)合材料，這些有機(jī)胺包括三乙烯四胺(TETA)，四乙烯五胺(TE

6、PA)和聚乙烯亞胺(PEI)。同樣地，對(duì)PTNT載體及其氨基化復(fù)合吸附劑進(jìn)行各項(xiàng)表征和CO2吸附性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，載體的孔容是決定復(fù)合吸附劑CO2吸附量的主要因素。并且，在相同的負(fù)載量下，PTNT復(fù)合吸附劑的CO2吸附性能隨著浸漬胺尺寸的增加而降低。在模擬煙氣條件下，負(fù)載60wt.％TETA的PTNT復(fù)合吸附劑有最高的CO2吸附量，吸附值達(dá)到4.33mmol/g。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，載體在浸漬胺之后，如果吸附劑孔道內(nèi)還剩余一些空間時(shí)，會(huì)加