多孔炭材料的设计合成及CO_2吸附分离研究进展（英文）

温室效应日渐显著,CO_2的捕集与利用已成为一个全球性的科学研究热点。碳质吸附材料因其结构的可设计性、孔隙结构发达和化学性质稳定等特点,在气体分离领域发挥着重要的作用。本文主要介绍了近年来多孔炭材料在CO_2吸附分离领域的研究进展情况,着重介绍了提高CO_2吸附分离效率的主要方法与策略,并对碳质吸附材料未来的发展趋势进行了评述。

模板法多孔炭的制备及CH_4/N_2/CO_2吸附分离

以糠醇为碳源,模板法两次浸渍制备多孔炭,采用XRD、SEM、FTIR、N_2吸附-脱附等方法对其进行表征,利用磁悬浮天平测量了CH_4,N_2,CO_2的吸附等温线,并对吸附等温数据进行Langmuir拟合,由Henry常数预测多孔炭对混合体系的平衡选择性。表征结果显示,多孔炭孔分布较窄,具有丰富的孔结构,在一定程度上复制了分子筛的孔道结构,且表面呈现一定的极性,有利于CH_4,N_2,CO_2的吸附和分离。实验结果表明,CH_4,N_2,CO_2的平衡吸附量大小的顺序为:CO_2>CH_4>N_2,Langmuir模型拟合相关系数均大于0.993,拟合效果较好,可用Langmuir理论解释气体在多孔炭孔结构及表面的吸附行为,制备的多孔炭适用于烟道气中CO_2的吸附与分离及煤层气等非常规天然气的提纯,但对垃圾填埋气的分离效果不显著。

有机/无机复合材料吸附分离CO2的模拟研究

从烟道气中分离二氧化碳对于降低大气温室效应具有极其重要的意义。构造了由聚合物6FDA-1,5-NDA和多孔性二氧化硅组成的有机/无机复合材料吸附剂模型,并用GCMC方法模拟了烟道气[n(CO2):n(N2)=15:85]在该材料中的吸附行为。结果表明,这种复合材料吸附剂对CO2的吸附量和选择性随着聚合物含量的增加而增加。在相对较低的温度下,复合材料吸附剂对CO2的选择性随压力的升高而缓慢下降,并趋向于一个平衡值;在高温下,吸附剂对CO2的选择性基本不随压力变化。在一定的吸附压力下,CO2和N2的吸附量均随温度的升高而快速下降,但CO2吸附量下降幅度比N2快,导致吸附剂对CO2的吸附选择性随温度的升高而下降。

纤维素基多孔炭的制备及其用于CO2吸附与分离的研究

多孔炭被广泛用于气体吸附与分离、空气和水的净化、催化等领域。以生物质为原料制备多孔炭将为开发功能多孔材料提供一种绿色、可持续的路径。总结了近年来以纤维素为原料合成多孔炭的研究进展,并着重介绍了纤维素基多孔炭在CO2吸附与分离等领域的应用。

MOFs材料对CO2的吸附分离研究进展

主要介绍近年来金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)材料对CO2吸附分离方面的研究进展,着重探究了对MOFs材料进行金属位点和有机配体的修饰后,对CO2吸附分离性能的影响,并对现阶段MOFs材料所具有的不足之处进行分析,展望MOFs材料应用于CO2吸附分离的未来发展,以期对MOFs材料气体吸附分离性能有更全面的认识和理解。

多孔碳吸附分离CO_2研究进展

多孔碳材料由于其高比表面积、低密度、较高的热稳定性以及化学稳定性而被广泛应用于气体吸附、储存与分离、催化剂载体和电极材料等诸多领域,因此多孔碳材料成为研究人员关注的焦点。本文综述了活性炭、碳分子筛和碳纳米管等多孔碳材料对CO_2吸附分离性能的研究进展。还介绍了多级孔碳在吸附CO_2中的研究进展。指出了多孔碳材料作为CO_2的吸附剂的不足,并对CO_2吸附分离及其吸附剂的发展进行了展望。

A Research Note on the Adsorption of CO2 and N2

Experiments were made for the adsorption of CO2 and N2 on typical adsorbents to investigate the effects of porous structure and surface affinity of adsorbents as well as those of adsorption temperature and pressure that might cause the variation of adsorption mechanism. It is shown that polar surface tends to enlarge the adsorption difference between CO2 and N2, and the difference is more sensitive to temperature than the adsorbents with non-polar surface. The adsorbents with non-polar surface are not much sensitive to the effect of water vapor, though the water vapor interferes the separation remarkably. The separation coefficient linearly increases with the micro- pore volume per unit surface area of activated carbons, but no rule is shown on mesoporous silicon materials. The function of adsorption mechanism on the separation is not as much as expected.

Br改性Mg-MOF-74吸附分离CO2性能研究

金属有机骨架材料Mg-MOF-74因不饱和金属位的存在具有低压下较高的CO2吸附量,且具有化学表面可修饰、可调控孔径等特点。基于密度泛函理论和巨正则蒙特卡罗方法对Mg-MOF-74进行官能团Br改性,发现Br改性使得苯环附近产生更强的静电势梯度,增强了骨架原子和极性CO2分子间的相互作用,利于CO2在骨架孔道内的吸附。但Br的引入带来了骨架自身比表面积、孔体积的下降,不利于在高压区CO2吸附。φ（CO2）∶φ（N2）=15∶85条件下,Br改性使得骨架对混合气体中CO2分离比相比改性前提高了近64%。在含湿条件下（φ（CO2）∶φ（N2）∶φ（H2O）=15∶84∶1）,Br改性使得H2O质量吸附量大大下降,低压下的分离比得到提高。

介孔材料SBA-15的改性及其应用研究进展

文章综述了介孔材料SBA-15的改性方法,包括有机功能化改性、杂原子改性和负载活性组分。在此基础上评述了改性SBA-15的应用研究进展,重点介绍了其在催化和吸附领域的应用进展。通过改性引入杂原子或有机官能团或负载活性组分,根据催化反应或吸附分离等性能要求可以有目的地进行功能化调控,可大大拓展其应用范围。