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吸附分离法因具有高选择性、低能耗、易再生、操作简单、吸附效果好、产品纯度高等优点而受到广泛的应用和关注,其中吸附剂是吸附分离混合气体的关键所在。基于钛基材料自身独特的结构和性质,可将其作为吸附剂的载体,通过引入有机胺或金属氧化物得到优异的新型功能化复合吸附剂,用于吸附分离煤层气中的CO2/CH4。煤矿开采过程中排放出大量的低浓度煤层气,提纯利用这部分煤层气对我国减少环境污染及新能源的开发利用有重大的意义。本文拟开展高效分离CO2/CH4的钛基复合材料的制备及吸附分离性能的研究,主要研究结果如下:1、采用微波水热法合成钛酸盐纳米管(TiNTs),并与传统水热法合成法对比,结果显示微波水热合成的TiNTs外貌形态和粒径更加均匀,比表面积和孔容分别为197.6 m2/g、0.426 cm3/g,并且缩短了溶液的加热时间,可使TiNTs产量变大,成本降低。分别用二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)、四乙烯五胺(TEPA)对TiNTs载体进行改性。利用扫描电镜(SEM)、低温氮吸附仪(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等方法对吸附剂进行表征,分别通过静态及动态吸附实验研究其对CO2和CH4的吸附分离性能,并对CO2和CH4的分离系数进行模拟计算。结果表明:60%TEPA改性的T1分离因子最大为46.27,能很好的分离CO2和CH4。氨修饰的TiNTs除具有较高的CO2吸附能力外,还具有良好的分离能力,表明复合吸附剂在煤层气CO2脱除方面具有很大的潜力。2、合成高比表面积和大孔径的质子化钛酸盐纳米管(PTNT)。首先采用溶胶凝胶法制备介孔二氧化钛,然后通过微波水热法合成PTNT,其比表面积和孔容成倍增加,分别为420.0 m2/g、、1.205 cm3/g,CO2的吸附能力也有所提高。采用浸渍法分别将TETA、TEPA、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)负载到PTNT上,制备了一系列胺基修饰PTNT,通过贝士德吸附仪研究其对CO2和CH4的吸附分离性能,并通过固定床测量穿透曲线。实验结果表明:在75℃下60-TETA/P纯CO2气氛中饱和吸附量达到5.38 mmol/g,高于上述相同负载量TETA改性的TiNTs,也高于60-TETA/IG-CTNs复合吸附剂以及之前许多报道的TETA浸渍的材料。在40℃时,60-TETA/P的分离因子高达96.38,高于最近报道的其它类型的吸附剂。3、以无机材料改性PTNT,并与有机胺改性样品做对比。利用粒子半径较小、价态较低的碱金属氧化物本身的性质特点来提高碱性活性位点的数目,以便更快更好的吸附酸性的CO2气体。本文选用氯化钙和氯化镁作为金属盐溶液,以不同的比例负载到质子化钛酸盐纳米管上,制备了一系列碱金属氧化物/PTNT复合吸附剂,实验结果表明:在800℃时PTNT/CaO对CO:的吸附量高达8.086 mmol/g,经两次吸附循环后吸附量仅下降1.4%,表明复合吸附剂具有良好的循环再生性能;在30℃时PTNT/MgO的吸附量高达2.327 mmol/g,分离因子为5.52,表明复合吸附剂具有较好的CO2/CH4吸附分离效果。