生物质衍生物制备金属改性氧化镁对二氧化碳的吸附研究

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全球科学技术在不断的进步,因此工业制造的水平快速提高,工业制造领域对能源的需求急剧增加。随之会导致温室气体的增加,这是人类长久以来一直未得到解决的问题。其中,二氧化碳(CO2)作为引发世界温室效应的气体之一,并且给自然界带来如海平面上升、破坏生态结构等危害。我国有着丰富的生物资源,可以从中提取很多天然有机物,这些有机物是可以应用在工业生产中的,并且对环境友好。氧化镁(Mg O)是目前理论上对CO2有最强吸附效果的碱性化合物吸附剂,具有很多种制备方法,且易于制备。因此,本研究选用生物质衍生的有机物作为燃烧助剂,制备锆和镧掺杂的镁基CO2吸附剂。结合多种表征和性能测试方法:X-射线衍射、CO2探针分子化学吸附、N2等温吸脱附、场发射扫描电镜、热重吸附脱附分析等方法,讨论制备改性Mg O的颗粒形貌、结构、晶粒尺寸,以及化学性质对CO2吸附容量的影响。(1)使用燃烧法、直接沉淀法和均匀沉淀法制备添加不同有机物作为燃烧助剂或沉淀剂制备Mg O,将制备的样品用于CO2的捕集,测试其对CO2的吸附性。最后发现谷氨酸作为燃烧助剂制备的Mg O的吸附容量最大,为0.68 mmol/g。其次是以水杨酸作为燃烧助剂制备的Mg O,吸附容量为0.63 mmol/g。经过燃烧法制备的Mg O吸附剂,在CO2吸附循环过程中的稳定性良好。(2)使用水杨酸作为燃烧助剂,掺杂锆,采用燃烧法通过改变水杨酸含量、锆含量、煅烧温度与时间制备Mg O吸附剂,将制备的Mg O用于CO2吸附,探索制备条件对Mg O结构、晶粒尺寸和吸附性能的影响。最后得到锆掺杂2%、水杨酸和硝酸镁中的硝酸根的比例为0.5:1、煅烧温度和时长分别为550 oC和160 min的条件下,制备的Mg O对CO2吸附容量最高,为1.00 mmol/g。研究发现改变上述条件,可以调控Mg O的晶粒尺寸,能够提升Mg O的比表面积,增加Mg O的机械强度,增加Mg O的碱性位点数量,大幅度提高Mg O对CO2的吸附容量。其中水杨酸既是燃烧助剂又是造孔剂。增加煅烧温度和煅烧时间,会使吸附剂发生团聚现象、晶粒尺寸变大,同样会降低吸附性。因此,探索合适的制备条件会得到吸附性更好、循环稳定性强的改性Mg O。(3)通过使用燃烧法,加入水杨酸作燃烧助剂,添加镧作改性剂,改变水杨酸含量、镧掺杂量、煅烧时间和温度制备改性Mg O。发现当水杨酸和硝酸镁含有硝酸根的比为1:1时,掺杂2%的硝酸镧,在525 oC的温度下、煅烧120 min后,得到吸附容量最大的改性Mg O,最大吸附量为1.18 mmol/g,具有良好的吸附、脱附循环稳定性,比含锆的Mg O对CO2的吸附容量高出0.18 mmol/g,这说明掺杂镧的改性Mg O对CO2的吸附性能更好,掺杂镧比掺杂锆使镁在吸附剂内的分散性更好。镧的添加可以比锆更好的调节吸附剂表面暴露的碱性位点数量,更利于吸附更多的CO2。同时镧的添加提高了镁在吸附剂内的分散性,增大了改性Mg O的机械强度,也改变了吸附剂的形貌。镧掺杂虽然可以改变所得吸附剂的形貌,但添加水杨酸制备所得的吸附剂在晶粒尺寸、碱性位点数量以及对CO2吸附容量的变化趋势和掺杂锆的MgO规律一致。
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