类沸石型咪唑酯骨架材料制备及其CO_(2)吸附性能

由有机配体和金属离子链接的类沸石型咪唑酯骨架(ZIFs)是金属有机框架材料中独特的一个子类,其孔结构可控,且气体储存性能优异。本研究采用溶剂热法制备了ZIF-8、ZIF-9、ZIF-68三种ZIFs材料,并对其进行X射线衍射、N_(2)吸附脱附、热重、红外等测试表征。X射线衍射分析结果显示三种ZIFs材料的衍射峰与其标准卡一致,表明材料的成功制备。N_(2)吸附脱附测试结果表明ZIF-8的比表面积和孔体积最大,分别高达2 284.83 m^(2)/g和3.13 cm^(3)/g;ZIF-8、ZIF-9和ZIF-68最可几孔径分别约为1.00、6.44和0.6 nm。热重测试结果表明,ZIF-8的热稳定性最好。ZIFs材料的CO_(2)吸附性能研究结果表明ZIF-68吸附性能最高,273 K/1 bar及298 K/1 bar条件下,可达74.37和42.62 cc/g,这可能是因为ZIF-68晶体中约0.6 nm孔径更易于CO_(2)气体吸附。研究结果表明,0.6 nm孔径尺寸较易于吸附CO_(2)温室气体,且ZIFs材料是一种较理想的CO_(2)吸附材料。

ZIF-8@GO复合材料的合成及其对CO_(2)吸附性能

化石燃料燃烧排放的CO_(2)造成温室效应日趋严重,开发具有对CO_(2)高吸附性能的吸附剂至关重要.而金属-有机框架材料(MOFs)和氧化石墨烯(GO)作为新型吸附剂,仍存在对CO_(2)吸附性能低的问题.采用溶剂热法制备ZIF-8@GO材料,利用XRD、SEM、BET等表征手段,研究了ZIF-8@GO材料的微观结构及其对CO_(2)吸附性能.研究表明:ZIF-8@GO保持了ZIF-8的晶型结构,GO主要对ZIF-8起到尺寸调控和结构导向作用.气体吸附分离测试表明,ZIF-8@GO材料与ZIF-8材料相同,均是以微孔占据孔隙主导地位的材料;当GO参与复合比例为8%时,ZIF-8@GO(8%)材料的BET和Langmuir比表面积分别为1037.18、1115.90 m^(2)/g,对CO_(2)吸附量为34.347 cm^(3)/g,较母体ZIF-8材料对CO_(2)吸附量提高了32.3%.

载胺糖基炭材料吸附CO_(2)机理研究

以葡萄糖为原料制备了一系列糖基炭材料(CMS),并将四乙烯五胺(TEPA)负载到炭材料上,得到载胺糖基炭材料(CMS-xTEPA)用于吸附燃煤烟气中的CO_(2)。研究了TEPA负载量、吸附温度和孔结构对CMS-xTEPA吸附性能的影响,并揭示其吸附机理。结果表明,CMS的CO_(2)吸附能力主要与其微孔孔径和孔容密切关联,介孔结构丰富、孔容较大的炭材料更适合作载胺载体。CMS-xTEPA的CO_(2)吸附能力相较于CMS大幅提高,CMS-xTEPA中胺基与CO_(2)反应生成氨基甲酸酯和氨基甲酸盐类物质,且适宜的吸附温度和TEPA负载量可以提升CMS-xTEPA的CO_(2)吸附能力。CMS-2-30%TEPA在75℃、15%CO_(2)+85%N_(2)气氛下具有较好的CO_(2)吸附性能和良好的循环CO_(2)吸附性能,在5次吸附循环后,仍具有3.04 mmol/g的吸附容量。

金属有机骨架材料吸附CO_(2)的研究进展

由温室效应引起全球气候变暖的环境问题受到越来越多的关注,CO_(2)是对温室效应影响最大的气体。我国提出了“碳中和,碳达峰”的目标,实现目标的前提是提高对CO_(2)的减排与控制,在实现“双碳”目标过程中碳的捕集至关重要。金属有机骨架材料作为一种新型的吸附材料,可以进一步提高CO_(2)的捕集。本文阐述金属有机骨架材料的分类、合成方法以及改性方法的优缺点,探讨该材料吸附CO_(2)的机制,并对比在单组分和多组分条件下的吸附效果,提出使用醋酸盐或者氯化氢辅助加热优化传统水热法,以及使用不同氨基种类和氨基负载优化改性方法是未来重要的研究方向,最后展望了金属有机骨架材料吸附剂的前景,为进一步开展金属有机骨架材料吸附CO_(2)的研究提供参考。

固废基硫掺杂多孔炭材料制备及其对CO_(2)吸附性能研究进展

含碳固废来源广、产量大,其大量堆存严重制约了环境可持续发展,因此含碳固废资源化利用意义重大。利用含碳固废制备多孔炭材料是其清洁高效利用的重要方式之一。对多孔炭进行硫原子掺杂不仅可使材料表面的亲水性得到改善,还可以改变材料表面的化学异质性,生成有利于CO_(2)捕集的活性位点,强化材料对CO_(2)分子的吸附作用,从而提高其CO_(2)吸附容量。简述了固废基硫掺杂多孔炭材料的制备方法,总结了硫掺杂多孔炭材料用于CO_(2)吸附的最新研究进展,并对硫掺杂多孔炭材料未来发展趋势及其在CO_(2)吸附领域的工业化应用进行了展望。

改性葡萄糖基炭材料的CO_(2)吸附性能研究

多孔材料因具有孔隙结构丰富、表面特性易改善等优点,在CO_(2)捕集方面展示出广阔的应用前景。本文以葡萄糖和尿素为原料,采用水热炭化和KOH活化法制备掺氮炭材料,并对其进行TEPA浸渍改性,考察其对CO_(2)的吸附性能。研究结果表明:氮改性和TEPA改性都可以提升炭材料的CO_(2)吸附性能。

TEPA改性膨胀蛭石复合材料的制备及其CO_(2)吸附性能研究

工业化进程中排放的二氧化碳加剧了温室效应,对全球气候环境产生了严重影响。目前,液胺吸收CO_(2)是最成熟的碳捕获技术,其具备高吸收容量、快吸收速率和简单再生过程等优点。然而,该技术仍存在着许多缺陷,如设备腐蚀、再生能耗高、环境污染等。针对上述问题,提出一种将四亚乙基五胺(TEPA)负载到膨胀蛭石夹层中制备新型载胺复合材料(EV-TEPA)以吸附CO_(2)的方法,并重点探讨了不同TEPA负载量和温度对CO_(2)吸附性能的影响。结果表明,高温煅烧后的膨胀蛭石(EV)具备优越的分层孔隙结构,其对胺的负载量远大于蛭石原矿(RV)。EV-TEPA吸附剂在75℃时吸附容量最高,为1.24 mmol/g,并且在经历8个循环后吸附容量仅衰减8.87%,表现出良好的循环稳定性。此研究探索了一种经济高效捕获CO_(2)的新型复合材料,为工业应用中CO_(2)吸附剂选择提供了一个参考方案。

季铵基吸附剂CO_(2)变湿捕集-释放机制及相关材料研究进展

变湿吸附作为一种新型的CO_(2)捕集技术,具有受水分变化驱动捕集-释放CO_(2)的特点,可有效降低CO_(2)捕集能耗和运行成本。阐述了季铵基吸附剂的变湿吸附技术机理,以及热力学、动力学角度的作用机制;介绍了影响吸附剂性能的因素;归纳了近年来吸附剂合成改性方法及研究进展;最后总结了该领域当前面临的挑战并指出了发展趋势。季铵基吸附剂吸附CO_(2)的过程通过水蒸发驱动并受水分波动影响。当吸附剂负载二价及三价酸根阴离子,亲水/疏水层间距和阳离子间距均较小时,CO_(2)吸附性能较强。可通过定向调控孔隙结构制备更小粒径、更丰富孔隙度和更高比表面积的吸附剂材料。此外,可通过强化季铵化或双季铵化等手段将季铵基官能团进行化学嫁接,以提高活性位点的密度并高效利用。目前变湿吸附技术处于发展阶段,在保持吸附剂较高比表面积和官能团利用率的基础上,改善吸附容量和循环速率是面向实际应用的必然需求;其规模化应用、捕集能耗的降低、环境耐受性的提高,以及捕集后CO_(2)的处理也是亟待研究的重要方向。

不同固体吸附材料吸附CO_(2)的研究进展

随着全球工业化和城市化进展的不断加快,二氧化碳(CO_(2))的排放量急剧增加,已经成为全球气候变化的主要原因之一。为了减少大气中CO_(2)的含量,吸附技术作为一种有效的CO_(2)捕集与分离方法备受关注。鉴于此,对不同固体吸附材料吸附CO_(2)的研究进展进行分析是十分有必要的。首先,对固体材料进行了分析;其次,通过实验的方式对不同的固体吸附材料进行CO_(2)吸附研究;再次,介绍了当前已经有的研究成果和最新的研究成果;最后,对固体吸附材料吸附CO_(2)的未来发展进行了展望。

共轭微孔聚合物材料吸附CO_(2)研究进展

共轭微孔聚合物(CMPs)是一种非晶态多孔有机聚合物。其π共轭骨架和永久性纳米多孔结构增加了其与CO_(2)的亲和力,在CO_(2)吸附方面表现出良好的应用前景。通过介绍CMPs的制备方法和CO_(2)的捕获方法,综述了不同CMPs在CO_(2)吸附方面的发展状况和研究进展,总结了影响吸附效果的各种因素,提出了增强吸附效果的优化建议,并对未来CMPs吸附CO_(2)的发展前景进行了展望。

一锅法制备MgO/蓝藻基碳介孔复合材料及CO_(2)吸附性能研究

采用一锅法,以KOH活化后的蓝藻粉为碳源,以六水硝酸镁为镁源,通过简单研磨固相反应,成功制备了MgO/C复合材料,并探究了镁源和碳源的投料比对介孔MgO/C复合材料结构的影响,同时采用X-射线衍射法、N_(2)等温吸脱附曲线法、扫描电镜法、红外光谱法、拉曼光谱法等现代技术对复合材料的组织结构进行表征。结果表明,MgO/C复合材料具有介孔结构,随着MgO负载量的增加,复合材料的比表面积和孔容下降;CO_(2)等温吸附性能研究表明,氧化镁与碳复合后对CO_(2)吸附能力有明显的改善,样品的孔结构对CO_(2)吸附能力有一定程度影响。

PEI功能化乙酸锌辅助机械化学法合成的ZIF-8吸附CO_(2)性能研究

为开发高效且适合大规模生产的CO_(2)吸附剂,采用乙酸锌为辅助研磨物,ZnO为金属前驱体,利用机械化学法高效合成高比表面积的ZIF-8材料,考察了机械化学法的合成条件及优势,采用湿浸渍法将聚乙烯亚胺(PEI)负载到ZIF-8材料中,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和N2吸附-脱附等进行表征,评价其CO_(2)吸附性能。结果表明:机械化学法可在短时间内高效合成ZIF-8材料,其收率高达80.7%。机械化学法显著减少了有机溶剂和有机配体的用量,所合成的ZIF-8具有更小的粒径。PEI的加入显著提高了ZIF-8的CO_(2)吸附性能,其中PEI负载量为60%(质量分数)的吸附剂在50℃的吸附量最高,达到90.21 mg/g,较ZIF-8提高约14倍。此外,该复合材料还表现出良好的稳定性和再生性,在CO_(2)吸附领域具有广阔的应用前景。

湿气环境中CO_(2)-H_(2)S在α-Fe(110)密排面上吸附与点蚀机理研究

目的从微观尺度探究CO_(2)-H_(2)S(CO_(2)和H_(2)S共存)在湿气管道顶部的吸附特性,进而揭示点蚀机理。方法基于密度泛函理论的第一性原理,利用Materials Studio构建CO_(2)、H_(2)S和CO_(2)-H_(2)S在α-Fe(110)密排面的吸附模型,对CO_(2)、H_(2)S和CO_(2)-H_(2)S在α-Fe(110)面的吸附能、局域态密度、分波态密度和差分电荷密度进行仿真;利用高温高压釜模拟CO_(2)-H_(2)S-Cl^(-)腐蚀环境,分析L360钢在湿气环境中的腐蚀行为;最后,揭示含Cl^(-)湿气管道顶部CO_(2)-H_(2)S吸附机制与点蚀机理。结果CO_(2)、H_(2)S、CO_(2)-H_(2)S及CO_(2)-H_(2)S-Cl^(-)在最稳定位置时的吸附能分别为-4.065、-3.961、-8.538、-12.775e V,表明相较于CO_(2)与H_(2)S单独吸附,CO_(2)-H_(2)S在α-Fe(110)面的吸附能更负,Cl^(-)会进一步降低CO_(2)-H_(2)S的吸附能;且CO_(2)在与H_(2)S竞争环境电子中占优势;Cl^(-)会使CO_(2)-H_(2)S的局域态密度峰值降低,转移趋势为失去电子,基体和腐蚀介质的电子向着低能级跃迁释放出更多能量,进而加强了Fe与CO_(2)-H_(2)S间的化学键强度;Cl^(-)的2p轨道与Fe的3d轨道在-6.8 eV和-5.7 eV发生重叠,Cl^(-)被吸附到Fe表面并与Fe形成化学键生成氯化物,进而改变腐蚀产物膜的组分与结构,削弱产物膜的致密性和稳定性,减弱腐蚀阻抗力。在含Cl^(-)湿气的CO_(2)-H_(2)S环境中,液相中的Cl^(-)浓度升高,使L360钢的气相平均腐蚀速率逐渐增大,最高达2.935mm/a,点蚀越发严重。结论CO_(2)与H_(2)S在α-Fe(110)面吸附存在一定的协同和竞争作用,协同促进金属的腐蚀,FeCO3会优先沉积成膜,但H_(2)S会抑制FeCO3的生长,腐蚀产物以FeS为主;Cl^(-)会增强CO_(2)-H_(2)S与α-Fe(110)面间的作用力,弱化腐蚀产物膜层的保护性,进一步加速金属腐蚀、尤其是点蚀。

NH_(2)-MOF-199@粘胶复合非织造材料的制备及有机染料吸附性能

采用原位溶剂热法在粘胶水刺非织造材料(VSN)表面合成了金属有机框架材料NH_(2)-MOF-199,制备了NH_(2)-MOF-199@粘胶水刺复合非织造材料(NH_(2)-MOF-199@VSN);然后,将NH_(2)-MOF-199@VSN经200℃高温煅烧,得到炭化后的NH_(2)-MOF-199@VSNC。结果表明,呈八面体结构的NH_(2)-MOF-199晶体粒子被均匀、致密地固定在VSN表面。高温炭化后,NH_(2)-MOF-199粒子的表面出现小孔和裂纹。与VSN和NH_(2)-MOF-199@VSN相比,NH_(2)-MOF-199@VSNC对亚甲基蓝(MB)的吸附效果最佳。当吸附溶液的温度为30℃,pH=7时,NH_(2)-MOF-199@VSNC对MB的吸附效率最高,为98.42%,经5次重复吸附使用后,NH_(2)-MOF-199@VSNC对MB的吸附效率仍有65.76%。NH_(2)-MOF-199@VSNC对MB的吸附是吸热、熵增且自发的过程,与准一级吸附动力学模型相比,其对MB的吸附过程更适合用准二级吸附动力学模型描述,吸附机理以化学吸附为主,伴随着物理吸附。

金属有机框架材料用于光催化CO_(2)还原的研究进展

CO_(2)光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO_(2)光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO_(2)还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO_(2)还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO_(2)反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。

煤吸附CO_(2)压缩因子快速计算模型研究

为研究Virial、V-d-W、R-K、S-R-K、P-R、童景山等6种工程常用气体状态方程中适合煤吸附CO_(2)压缩因子最优方程及快速计算模型,以3种不同变质程度煤样为研究对象,采用容量法实测了试验温度为30℃时应用以上6种方程所得煤的CO_(2)吸附量、CO_(2)吸附常数及吸附等温线。研究表明:与美国国家标准技术研究所(NIST)提供的CO_(2)压缩因子相比,采用Virial状态方程得到的CO_(2)压缩因子最大、绝对误差最小,为0.38%;吸附等温线拟合优度最高,CO_(2)吸附常数a值绝对值误差最小,确定出煤吸附CO_(2)压缩因子最优方程为Virial方程;同时,提出试验温度为30℃时,CO_(2)压缩因子一种简便快捷计算模型,经检验,该模型相对美国标准计算所得CO_(2)吸附常数a值绝对值误差最大不超过1%,且操作简便,快速精确。

Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料的制备及其紫外光光电探测性能

分别采用旋涂法和水热法在FTO衬底上制备Co_(3)O_(4)种子层和Co_(3)O_(4)薄膜,再在Co_(3)O_(4)薄膜上水热生长Fe_(2)O_(3)纳米棒,获得了高质量的Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料。通过改变Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度来改变异质结复合材料中Fe_(2)O_(3)组分的含量。结果表明,Fe_(2)O_(3)纳米棒覆盖在呈网状结构的Co_(3)O_(4)薄膜上,随着Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度即Fe_(2)O_(3)组分含量的增加,Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料对紫外光的响应逐渐增强,当Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度为0.015mol/L时,异质结复合材料有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(12.5mA/W)和探测率(4.4×10^(10)Jones)。

扩散吸附作用下CO_(2)非混相驱微观渗流特征模拟

利用数值模拟方法建立CO_(2)非混相驱数值模型,使用水平集法模拟扩散吸附作用下CO_(2)非混相驱和近混相驱的微观渗流规律,并对CO_(2)在孔隙中的微观渗流特征及扩散吸附特征进行研究,选取注入速度、扩散系数、吸附反应速率常数等参数研究近混相驱微观渗流特征的影响因素。研究结果表明:①相场法CO_(2)驱数值模拟采出程度为51.29%,水平集法CO_(2)驱数值模拟采出程度为53.60%,因此水平集法更适用于CO_(2)非混相驱的渗流过程模拟。②非混相驱条件下,CO_(2)优先向大孔隙扩散,采收率为87.7%,出口气体体积分数为71.60%,CO_(2)最大表面吸附浓度为3.16×10-4mol/m^(2);近混相驱条件下,CO_(2)更易向小孔隙扩散,采收率为91.1%,出口含气率为97.01%,CO_(2)最大表面吸附浓度为5.81×10-4mol/m^(2)。③近混相驱微观渗流特征受注入速度、扩散系数、吸附反应速率常数等因素影响。注入速度增大,出口含气率和采收率均提高;扩散系数和吸附反应速率常数增大,会使采收率提高,出口含气率下降。

超临界CO_(2)作用下无烟煤结构响应特征及高压吸附机理

中国深部煤层气资源丰富,将CO_(2)注入深部煤层,在提高煤层气采收率同时,还可实现CO_(2)地质封存(CO_(2)-ECBM)。通常,深部煤层CO_(2)处于超临界态并显著影响煤体吸附能力,但对于超临界CO_(2)作用下煤体结构演化及吸附机理尚不清晰。为此,以山西晋城成庄矿二叠系山西组三号煤层为研究对象,开展了无烟煤对超临界CO_(2)的高压吸附实验,结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射光电子能谱(XPS)测试及比表面积(BET)测试,分析了超临界CO_(2)高压吸附引起的无烟煤化学结构与孔隙结构响应特征,最后揭示了无烟煤对超临界CO_(2)的高压吸附特性及吸附机理。研究结果表明:①超临界CO_(2)高压吸附存在突变点,35℃时突变点位于临界压力(8 MPa)附近,在突变点处的吸附能力最小;②超临界CO_(2)可使芳香环枝接官能团、醚氧键、羟基氢键断裂,脂肪结构甲基脱落,可为CO_(2)提供更多的吸附位点,增强了无烟煤表面吸附能力;③超临界CO_(2)改变无烟煤介孔的孔隙结构特征和分形特征,吸附后平均孔径、孔体积、比表面积、分形维数呈增大趋势,孔隙粗糙度增大,对孔隙结构改造作用表现为“增孔、扩孔、粗糙化”,可提供更多吸附空间,增强了无烟煤吸附能力;④在深部煤层中注入CO_(2),应优先选择高孔隙度、高渗透性储层,注入煤层环境应尽可能远离CO_(2)临界点区域,储层对CO_(2)才有最大吸附能力。结论认为,成果认识为深部煤层CO_(2)可注性及封存潜力评估提供了重要的理论依据,对煤层气高效开发具有重要现实意义。

富镍LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)正极材料改性研究进展

锂离子电池用富镍正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)具有高能量密度、高安全性等优点。受容量衰减、循环寿命和热稳定性等方面的限制,该材料进一步的改性成为当前研究的热点。针对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)材料的改性研究主要集中在离子掺杂、表面包覆和结构设计等方面。离子掺杂能改善结构稳定性和电化学性能,特别是过渡金属离子的掺杂有助于延长循环寿命和提高结构稳定性;表面包覆改性可增强电化学稳定性和抗氧化性能,延长循环寿命和提高抗极化能力;结构设计可优化晶体结构、提高传导性能和缓解应力,提高循环稳定性、容量保持率和功率密度。