二氧化碳复合吸附材料的制备及其性能的研究

摘要：充分利用良好的吸附材料实现对CO2分离回收，是目前减排CO2研究的重要课题之一。本文选择活性炭（AC）、纳米SiO2、硅胶（SG）吸附剂作为载体，通过复合处理制备新型吸附剂，考察对纯CO2的吸附效果。主要进行了以下3个方面的研究：原位分散聚合法合成了与丙烯酰胺（AM）单体质量比不同的PAM／AC，PAM／SiO2，PAM／SG复合材料，利用FTIR、SEM、N2吸附脱附、TGA表征方法测定复合样品结构与性质。利用热重法，考察了60℃持续吸附60min情况下，样品对CO2的吸附量，发现复合处理前单一的AC、纳米SiO2和SG对CO2的吸附量依次为62mg／g、31mg／g和71mg／g；复合处理后，各种材料的吸附量均明显增大，吸附效果PAM／SG〉PAM／AC〉PAM／SiO2。PAM／SG（质量比1：1）复合材料对CO：的吸附容量为256mg／g，是原样的3．6倍，同时材料可以快速脱附，再生性能良好，6次循环后吸附容量仍高达235mg／g。分析认为，负载有机官能团大大提高了材料的吸附性能，使材料对CO2的吸附从物理吸附转向为以有机官能团为活性中心的化学吸附，表明尤机粒子与酰胺复合制备有机一无机新型低成本吸附剂切实可行。采用化学镀法，通过调节甲醛浓度和装载量，合成了一系列Cu／AC样品。通过对样品进行XRD、SEM、TGA表征，发现AC表面成功覆盖了一层铜，甲醛60mL／L、装载量10g／L条件下化学镀反应时间短，复合材料表面铜层镀覆均匀，晶形良好，无Cu2O峰。热重法考察60℃下复合粒子对CO2的吸附量，发现样品吸附性能均得到提高，100℃下可以完全解吸，吸附量最大为79mg／g，6次循环后为70mg／g，循环吸附稳定性良好。采用金属盐溶液LiNO2、Ca（Ac）2和Cu（NO2）2浸渍AC、纳米SiO2以合成负载型新吸附材料，并通过正交实验探索负载量、煅烧温度、煅烧时间3因素对吸附性能的影响。XRD、SEM表征结果AC、纳米si02表面都成功负载上了新物质。700℃下吸附CO2实验表明，6种复合吸附材料对CO2吸附容量均出现不同程度提高，3因素对吸附性能影响强弱顺序：负载量〉煅烧温度〉煅烧时间。最优合成条件是煅烧温度900℃，煅烧时间9h，此条件下制备的CaO／AC、Li2O／SiO2材料负载均匀，晶形良好，吸附量增幅最大，吸附容量分别为263mg／g、124mg／g，经过4次循环再生吸附量基本没有降低，复合样品吸附机理为化学吸附。