氨基功能化气相二氧化硅材料的制备及其吸附二氧化碳性能研究

采用等体积浸渍法制备了一系列不同聚乙烯亚胺(PEI)负载量的气相SiO_(2)作为CO_(2)吸附剂。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、红外光谱仪(FT-IR)和氮气物理吸附仪对吸附剂的组成结构、PEI实际负载量及热稳定性进行了表征。研究了PEI相对分子质量及负载量、环境温度对吸附剂吸附CO_(2)性能的影响,发现当PEI的相对分子质量为600、负载量为50%(质量分数)、温度为100℃时,50%-PEI(600)-SiO_(2)吸附剂对CO_(2)的吸附性能最优,吸附量可以达到130.6mg/g,且在5次循环后性能损失仅为4.8%,表现出了优异的循环性能。同时,该吸附剂成本低廉,在锂电池热失控烟气中CO_(2)吸附方面具有较好的应用前景。

地质埋存下CO_(2)在盖层中吸附扩散行为的微观机理研究

为解决温室气体减排领域中二氧化碳(CO_(2))地质埋存的关键问题,采用分子模拟手段(巨正则蒙特卡洛模拟、分子动力学模拟、密度泛函理论),对CO_(2)在SiO_(2)纳米狭缝中的吸附扩散行为进行了理论计算研究。研究表明:在SiO_(2)纳米狭缝中,CO_(2)吸附量随着压力的升高和温度的降低而增强,且亲水性的SiO_(2)纳米狭缝比亲油性SiO_(2)纳米狭缝的CO_(2)吸附量大;随着狭缝宽度的增加,CO_(2)吸附和扩散能力也逐渐增强。此外,根据吸附能、吸附高度和电荷转移量等参数分析了CO_(2)在不同润湿性SiO_(2)表面吸附的微观机理。研究结果为理解不同岩石物性的SiO_(2)狭缝表面与CO_(2)的相互作用机制提供了分子水平上的见解,这对于解释CO_(2)分子在盖层中的吸附机理以及在地层中的长期封存具有重要的理论指导意义。

新型硅基焦磷酸锆离子交换剂的制备及其对Cs^(+)的吸附性能研究

放射性废液中放射性Cs^(+)的高效去除和回收对于降低废物处置成本、促进资源循环利用具有重要意义。本文采用溶胶-凝胶共沉淀和高温处理相结合的新方法,合成了一种成本低廉的新型无机离子交换树脂硅基焦磷酸锆,采用SEM、FT-IR、XRF、XRD等手段对新树脂进行了表征,并通过静态吸附实验及柱实验系统测定了在弱酸性溶液中其对Cs^(+)的吸附性能。结果显示,Cs^(+)在该树脂上的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附在6 h内达到平衡。在0.001 mol/L HNO3溶液中,该树脂对Cs^(+)的静态吸附容量可达2.7 mg/g。树脂对Cs^(+)的吸附具有良好的选择性,Cs^(+)与高放废液中其他共存金属离子的分离因子均大于1.5。此外,柱实验结果显示树脂颗粒柱负载的Cs^(+)可以被2.0 mol/L NH4NO3有效洗脱回收。

静态法和动态法评价活性炭分离低浓度Xe和Kr的性能

为获得高比活度的Xe测量源,开展了常温常压下CF-1450活性炭分离低浓度Xe和Kr的研究。利用液氮温度下N2的吸附脱附测试对CF-1450活性炭的孔结构进行了表征。结果表明,CF-1450活性炭的BET比表面积为1680 m^(2)/g,孔径分布以微孔为主。采用静态吸附法和混合气体动态吸附-脱附法研究了CF-1450活性炭常温常压下分离低浓度Xe和Kr的性能。在25℃时,CF-1450活性炭的Xe静态吸附容量为3.25 mmol/g,Kr静态吸附容量为1.30 mmol/g;Xe亨利系数为0.21 mmol/(g·kPa),Kr亨利系数为0.02 mmol/(g·kPa),Xe/Kr亨利选择性为10.5。在低压下,利用IAST法计算的Xe/Kr吸附选择性(y(Xe)∶y(Kr)=50∶50,y为混合气体中Xe、Kr的摩尔分数)为10.6。CF-1450活性炭对Xe和Kr的零点等量吸附热分别为35.7 kJ/mol和13.9 kJ/mol。基于CF-1450活性炭动态吸附分离和动态脱附分离低浓度Xe和Kr的研究结果,建立了常温常压下动态吸附-脱附法分离低浓度Xe和Kr的工艺流程,Xe回收率为79%,Kr去污因子为195。

铁基质硅藻土处理油田含硫注入水的吸附性能研究

针对油田注入水中含硫而危害设备的问题,选择铁基质硅藻土脱硫剂(M-1),开展其在不同停留时间下的除硫效果和不同温度下的饱和吸附量实验。利用SEM、EDS等技术对M-1进行表征,利用热力学与动力学模型对实验数据进行拟合。结果表明,M-1表面为均匀细密的孔道,硫容能力强,主要成分为含40%铁的硅藻土;其吸附速度快,反应1 min时,水样中硫含量由原来的40.32 mg/L减少为0.029 mg/L,除硫率达到99.93%;该吸附过程符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型,属于单分子层吸附,是由化学吸附占主导地位,化学和物理吸附共同控制的过程,且该吸附是自发、混乱度降低的微放热反应。

化学吸收法捕集二氧化碳的研究进展

近年来,由于化石燃料的大量燃烧,二氧化碳的排放量剧增,进而引起了一系列生态问题。因此,研究更有效的二氧化碳捕集技术及更高效的二氧化碳吸收剂迫在眉睫。众多学者综合考虑燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧3种二氧化碳捕集工艺技术后,发现燃烧后捕集工艺技术最适合工业应用。化学吸收法作为燃烧后捕集二氧化碳的一项高效节能、相对成熟的新兴技术,是目前电厂应用最广和最具潜力的捕集技术之一。首先介绍了碳捕集技术的研究现状,然后着重阐述了目前碳捕集技术中备受关注的4种化学吸收剂,即有机胺溶液吸收剂、离子液体吸收剂、氨水溶液吸收剂和新型相变吸收剂,并分别探讨了这4种吸收剂的捕集原理、研究现状、各自的优缺点及改进方向。

高价态硼磷COFs材料理论设计与储氢性能研究

采用分子力学方法,从理论上设计了五种具有lta拓扑结构的高价态硼磷共价有机骨架(BP-COFs)材料。研究结果表明五种材料均具备有利于储氢应用的结构特性,如低密度(0.52~1.17 g·cm^(-3))、大比表面积(1274.12~4033.95 m^(2)·g^(-1))和高孔隙率(0.55%~0.78%)等。使用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法预测298和77 K温度下五种材料对氢气分子的物理吸附性能,并分析了材料结构与氢吸附性能之间的构效关系,结果表明五种BP-COFs材料具有较强的氢气吸附能力。尤其是在77 K时,BP-COF-10和BP-COF-11在储氢性能方面的表现最为优异,BP-COF-10具有最高的体积储氢量52.86 g·L^(-1),BP-COF-11具有最高的质量储氢量9.90%,而且随着压强的增加,BP-COF-11的质量储氢量仍然保持较好的上升趋势,这表明本文所设计材料具有优异的储氢应用潜力。本研究将为实验上开发新型高性能储氢材料提供一定的理论参考。

高连通性硼氮COFs材料设计及其甲烷吸附性能模拟研究

采用密度泛函理论(DFT)方法,基于立方体构筑单元(—B_(4)N_(4)O_(12)—)理论设计得到了5种新型高连通性硼氮共价有机骨架(BN-COFs)材料。对5种材料结构进行理论表征,并采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法模拟研究了250K、298K和350K(K=273.15℃)温度下材料对甲烷(CH_(4))的吸附性能。结果表明:5种材料中BN-COF-5对CH_(4)的吸附性能最佳,在250K、298K和350K下的最大CH_(4)吸附量分别为237.41cm^(3)(STP)/cm^(3)、177.76cm^(3)(STP)/cm^(3)和117.86cm^(3)(STP)/cm^(3),最大工作容量(298K,65bar→5bar)为119.46cm^(3)(STP)/cm^(3)。CH_(4)分子在骨架中的质心密度分布结果表明,CH_(4)的最佳吸附位点处于(—B4N4O12—)团簇以及线性配体形成的角落附近。所设计的高连通性BN-COFs具有良好的CH_(4)吸附性能,可为实验上研究开发新型CH_(4)吸附剂提供一定的理论参考。

丝光沸石用作二氧化碳吸附剂的研究进展

阐述了丝光沸石(MOR)的结构及其吸附CO_(2)机理以及合成技术进展,重点对通过简单物理化学处理、金属离子改性和后官能化的MOR吸附CO_(2)的研究进展进行了综述,并介绍了MOR在废气以及直接空气碳捕获工程中吸附CO_(2)的应用情况。指出今后的研究方向是通过优化调整MOR框架、孔径分布以及组成或通过合成结合了不同特征结构的核壳沸石来实现对CO_(2)吸附能力的提升。

新型树脂基金属有机骨架的制备及其对水体中阿洛西林钠的吸附性能

通过在聚苯乙烯阴离子交换剂D201内合成UIO-66,制备复合吸附剂D201@UIO-66,用来去除水体药物污染。这种方法提高了金属有机骨架在液体中的结构稳定性并增强了吸附性能。通过XRD、SEM、EDS、FT-IR、BET等方式对复合吸附剂进行表征,结果表明,在D201中成功负载UIO-66。批量吸附实验表明,当复合吸附剂的用量为0.5 g·L^(-1)时,复合吸附剂的最大实验吸附量为142.5 mg·g^(-1)。复合吸附剂在较宽pH范围内体现出吸附稳定性。在其他阴离子的干扰下,复合吸附剂仍对阿洛西林钠具有选择吸附性。吸附动力学过程与伪二级动力学吸附模型符合,吸附等温线与Langmuir模型更为符合。

非平衡条件下金属氯化物-氨工质对的吸附动力学研究

金属氯化物-氨是化学吸附式制冷和储热的常用工质对,其现有的动力学模型存在复杂或动力学参数变化无规律的问题,也不能准确地独立描述多反应阶段的吸附过程。以MnCl_(2)/NH3和CaCl_(2)/NH_(3)为代表工作对,针对0.29、0.42和0.61 MPa的反应压力,进行吸附/解吸性能测试,在类比模型基础上耦合Sigmond函数,建立考虑压力势(μ)、反应速率常数(k)和反应滞后常数(n)的吸附量型动力学模型。鲁棒性测试结果表明:针对不同氯化物、不同反应阶段(Ca_(2-4-2)和Ca_(4-8-4))和不同反应方向(吸附和解吸)所建立的非平衡动力学模型的拟合曲线与实验数据点吻合度较高,拟合优度R2均高于0.97;模型参数随工况呈规律变化,同一反应压力下k与吸附温度负相关,与解吸温度正相关,|n|与解吸温度负相关。

基于Langmuir等温吸附的吸附动力学方程

把吸附剂对溶质的吸附看作是吸附剂和溶质之间的化学反应,参照反应动力学方程提出了相应的吸附动力学方程。基于Langmuir等温吸附定义了吸附剂动力学浓度,并导出了它和固液比、Langmuir等温吸附方程参数的关系。吸附动力学微分方程为(1+a)级,对应于吸附剂动力学质量浓度是1级,对应于溶质质量浓度为a级。通过对动力学微分方程求解,分别得到了a=1和a=2时的动力学方程的解析表达式。在a=2时,用提出的动力学方程对文献的吸附数据进行了回归计算,结果表明该动力学模型和实验数据吻合良好,回归的相关系数R^(2)>0.97。

单原子Ru_(1)-N_(x)/C(x=3,4)催化剂活化H_(2)、H_(2)O和CH_(3)OH的理论研究

在GGA-PBE/DNP水平下,构建了两种氮掺杂石墨烯负载Ru单原子催化剂,记作Ru_(1)-N_(x)/C(x=3,4)。在热力学上,Ru_(1)-N_(4)/C比Ru_(1)-N_(3)/C更稳定。研究了Ru_(1)-N_(x)/C(x=3,4)对H_(2)、H_(2)O和CH_(3)OH的活化性能。H_(2)、H_(2)O和CH_(3)OH在Ru_(1)-N_(3)/C上的化学吸附比在Ru_(1)-N_(4)/C上的化学吸附更强。同时,在实验温度下,它们在Ru_(1)-N_(x)/C(x=3,4)上的解离均为吸能反应。在动力学上,Ru_(1)-N_(4)/C活化解离H_(2)、H_(2)O和CH_(3)OH的能力均强于Ru_(1)-N_(3)/C。在水溶液中,两种催化剂对H2的活化较H_(2)O更强。在甲醇溶液中,Ru_(1)-N_(3)/C对CH_(3)OH的活化强于对H_(2)的活化;Ru_(1)-N_(4)/C对H_(2)的活化强于对CH_(3)OH的活化。

OTS自组装多层膜的制备和能量耗散的研究

采用自组装技术在石英表面制备了十八烷基三氯硅烷(OTS)分子膜,并通过接触角、红外光谱(FT-IR)和原子力显微镜(AFM)研究了膜层形貌特征和膜层表面能量耗散随温度的变化情况。结果表明:OTS在石英上以“岛”状团簇的结构均匀分布,反应时间越长,“岛”状团簇和吸附的OTS分子数量也越多,表面粗糙度随之增加。接触角在反应时间达到30min后稳定在110.39°左右,此时反应趋于饱和。膜层表面耗散值在60~80℃内最低,当温度低于61℃时,5mmol/L溶度下制备的分子膜表面最平坦稳定,膜层耗散值也最低,温度高于61℃时,表面出现熔化现象,耗散曲线波动较大,考虑是水解的OTS产物和表面杂质的存在影响了测试结果。

Al改性SBA-15对水中四环素的吸附行为研究

采用Al,Fe,Cu,Mn等金属改性制备了M-SBA-15分子筛材料,对比分析了不同金属改性SBA-15分子筛对四环素的吸附性能;利用SEM,N2物理吸附对Al-SBA-15进行了表征,研究了改性时间、pH、温度、四环素质量浓度等因素对吸附行为的影响,并且采用动力学模型、等温线模型和热力学模型分析了Al-SBA-15对四环素的吸附行为。结果表明:Al-SBA-15对四环素的吸附效果最好,最佳吸附条件为N(Al)∶N(Si)=0.35、改性时间3 h、pH=6.0、温度298 K;伪二级动力学模型更适合描述Al-SBA-15对四环素的吸附动力学行为,颗粒内扩散不是吸附速率的唯一控制步骤;Freundlich模型能更好地描述Al-SBA-15对四环素的吸附行为,表明该过程以多层吸附为主;热力学分析显示Al-SBA-15吸附四环素是自发的、混乱度降低的放热过程。

甲醛交联板栗壳色素树脂吸附水中Cu(Ⅱ)的性能研究

研究用农林剩余物板栗壳提取板栗壳色素,将板栗壳色素与甲醛进行交联合成甲醛交联板栗壳色素树脂。采用震荡平衡批处理法研究了pH、吸附质浓度、温度、吸附时间对复合材料吸附水中Cu(Ⅱ)的影响;利用准一级动力学、准二级动力学模型拟合了吸附动力学数据,并用Langmuir,Freundlich等温线对吸附平衡数据进行拟合。结果表明:复合材料吸附Cu(Ⅱ)的最佳pH为6;最佳吸附温度为300 K,吸附过程为放热反应;吸附在60 min基本达到平衡;动力学数据符合准二级动力学模型,以化学吸附占主导。等温平衡符合Langmuir模型,为单层吸附,在300 K时对Cu(Ⅱ)的最大单层吸附量为30.49 mg/g。

油田采出液腐蚀结垢原因分析及对策研究

近2年来,某稀油联合处理站油、水处理系统结垢日趋严重,出现原油处理系统加热炉出口阀门、采出水处理系统反应罐出口管线等堵塞,影响到地面系统的连续稳定运行。通过对采出液水性及结垢产物分析,发现系统来液水质配伍性差,由此带来较严重的腐蚀结垢现象的发生,其结垢现象主要原因是由于不同水型的采出液混合后发生化学反应产生碳酸盐沉淀垢,其腐蚀现象主要是采出水处理系统存在曝气工艺水中溶解氧超标和系统细菌滋生引起的。通过系统净水药剂及曝气时间改善后,溶液悬浮钙由48 mg/L降低至9 mg/L,反应罐出口管线结垢周期大为改善,引起腐蚀的硫酸盐还原菌质量浓度由1×10^(6)mg/L降低至2×10^(2)mg/L,腐蚀结垢情况明显好转。

改性锯末对铜离子吸附性能的研究

采用化学改性法将氮元素引入天然锯末表面,并用于水体中铜离子的去除;同时考察了吸附剂用量、背景离子浓度、pH值、吸附时间等条件对改性锯末吸附Cu^(2+)能力的影响.结果表明背景离子浓度对吸附过程影响很小、60 min时间内的吸附量可到最大吸附量的85%.此外,对改性锯末的吸附动力学和吸附等温线进行非线性拟合,结果表明分别符合准一级动力学方程和Freundlich等温吸附模型.

阴离子柱杂化金属有机骨架材料对N_(2)/CO_(2)的吸附与分离性能研究

通过巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法,研究了具有不同结构的6种阴离子柱杂化的金属有机骨架材料(AP-MOFs)对N_(2)/CO_(2)的吸附与分离性能。主要研究了这6种AP-MOFs材料分别对N_(2)、CO_(2)的单组分吸附、N_(2)和CO_(2)的二元等摩尔混合气体吸附,以及N_(2)/CO_(2)的分离性能。通过AP-MOFs对N_(2)、CO_(2)的单组分吸附性能研究发现,非互穿结构比互穿结构更有利于N_(2)、CO_(2)的吸附。通过N_(2)/CO_(2)的二元等摩尔混合吸附性能研究发现,拥有较高CO_(2)吸附热的非互穿结构(SIFSIX-3-Cd)具有更优异的分离性能。综上所述,具有互穿结构的AP-MOFs材料有利于CO_(2)的吸附,而非互穿结构的AP-MOF则有利于CO_(2)/N_(2)分离。

蒙脱石在不同pH下对Mn(Ⅱ)的吸附特性研究

蒙脱石作为廉价的吸附材料,能有效去除水体中的Mn(Ⅱ)。为探究pH对吸附的影响规律,文章采用静态吸附实验对蒙脱石吸附Mn(Ⅱ)的行为进行研究,结果表明:①蒙脱石对废水中Mn(Ⅱ)的吸附非常迅速,5 min就达到吸附平衡;水体中pH的增加有利于蒙脱石对废水中Mn(Ⅱ)的吸附,pH>10时,吸附效率接近100%,Mn(Ⅱ)在水中主要生成沉淀。②等温吸附模型拟合中,pH=5时的Freudlich模型拟合和Langmuir模型拟合效果均好于pH=8时的拟合效果,不同pH条件下,蒙脱石吸附Mn(Ⅱ)的Freundlich模型的拟合效果更好,吸附过程更接近双分子吸附模型。③在不同pH值条件下的吸附过程均符合伪二级动力学,主要为化学吸附。