蔗渣生物炭还原氧化石墨烯复合物吸附CO2的研究

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自工业革命以来全球CO2排放量逐年上升,CO2的排放导致了一系列的全球型环境问题,如冰川融化、海平面上升、极端天气频发等问题,对全球人类的健康造成了较为严重的影响,对全球的生态系统平衡产生了巨影响。IPCC指出,截止2050年,想要在2000年全球平均气温水平的基础上将全球平均气温的升温幅度控制在2.0-2.4℃以内,全球需要至少减排50%-80%的碳排放。我国的能源结构中一次性能源,包括石油、燃煤等,占到总能源的79.2%,是CO2排放的重要来源。我国能源结构虽然向多样化发展但是难以在短期发生巨大改变,因此对CO2排放的吸附作为有效的控制碳排放的手段变得尤为必要。目前CO2吸附技术中燃烧后吸附法受到了广泛关注,利用固体吸附剂的CO2吸附技术较为成为研究的热点。云南省作为制糖作物甘蔗的主产区之一,每年产生大量的废弃甘蔗渣可作为生物质制备生物质炭用于CO2的吸附,实现废弃物的再利用。本文利用蔗渣作为原料制备了蔗渣生物炭(BC),并对其进行了复合改性,金属氧化物修饰改性,得到了蔗渣生物炭还原氧化石墨烯复合吸附剂(BG)和负载金属氧化物的复合吸附剂(BG-Fe3O4、BG-CuO),并对其进行了BET、SEM、XRD、FT-IR、XPS等物理化学表征分析确定了CO2的吸附机理。(1)常温常压(30℃,1atm)条件下,研究了热解温度、复合比及金属氧化物负载量等条件对CO2吸附的影响。结果发现,热解温度为900℃、N2气氛条件下制备的蔗渣生物炭表现出较高的CO2吸附能力(58mg·g-1);蔗渣生物炭还原氧化石墨烯复合比为91wt%:9wt%时,复合吸附剂表现出最高的CO2吸附能力(77mg·g-1);Fe3O4、CuO的最佳负载量为30wt%和5wt%,此负载量下,BG-Fe3O4、BG-CuO表现出的吸附能力分别为92mg·g-1和81mg·g-1(2)通过对BG吸附剂吸附CO2过程的吸附温度、气体流速的影响的研究,BG-Fe3O4、BG-CuO的吸附温度的研究表明,在30℃、1atm、50ml/min的气体流速下BG、BG-Fe3O4、BG-CuO表现出最佳的CO2吸附能力。(3)对吸附剂的表征研究表明,更好的热解温度(900℃)条件下得到的生物炭具有更高的比表面积、孔体积以及更高的芳香化结构特性,有助于CO2的吸附;还原氧化石墨烯中的-OH、-COOH、-C-O基团能够增强吸附剂的极性增强吸附剂对CO2的吸附能力;Fe3O4、CuO能够将CO2转变为CO32-固定在吸附剂的表面,进而增强CO2的吸附能力。
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