论文部分内容阅读
化石能源过度使用导致的CO2大量排放以及全球变暖等环境问题严重威胁到了人类的生存。针对电厂烟道气等高CO2浓度废气中CO2的捕集和分离成为应对目前危机的重要手段。固态胺吸附剂能实现对CO2的快速吸脱附、耗能较小、对吸附设备基本无腐蚀,成为脱碳减排研究领域的热点。然而,固态胺吸附剂制备过程中,常用的载体多为介孔分子筛,但介孔分子筛孔壁较薄,孔径均匀单一,高温条件下易坍塌。因此,为克服单一孔道的局限性,引入微介孔复合分子筛为载体,开发了一系列氨基功能化的CO2吸附材料。主要研究内容和研究结果如下:1、采用微孔沸石硅源法,经水热晶化反应得到具有微介孔复合结构的分子筛,并将该分子筛作为载体用TEPA改性后考察CO2吸附性能。实验结果发现,当所用微孔分子筛的硅铝比为50,NaOH溶液浓度为2.5 mol/L时,达到了较好的吸附效果,此条件所制备的分子筛更适合做吸附剂载体。将四乙烯五胺(TEPA)浸渍负载到微介孔复合分子筛上得到吸附剂,通过CO2吸脱附实验研究了其性能。当吸附剂的TEPA负载量为40 wt.%、控制吸附床层的温度为70℃,CO2吸附能力最强,其平衡吸附量达到4.41 mmol·g-1。10次吸脱附后,ZSM-5/MCM-41-40%TEPA的平衡吸附量下降了7.6%。2、采用浸渍法制备了L-精氨酸(L-Arg)修饰的微介孔复合分子筛吸附剂,并对其CO2吸附性能进行了研究。当L-Arg负载量为30 wt.%、吸附温度为55℃、进气流量为30 m L·min-1时,CO2吸附能力最强,其平衡吸附量为3.07mmol·g-1。CO2浓度为12%15%时,ZSM-5/MCM-41-30%L-Arg的饱和吸附量均达2 mmol?g-1以上。5次吸脱附后,ZSM-5/MCM-41-30%L-Arg的平衡吸附量下降了33.8%。3、利用吸附平衡、吸附热力学和吸附动力学分析了CO2在氨基改性后的ZSM-5/MCM-41分子筛上的吸附过程和机理。ZSM-5/MCM-41-40%TEPA吸附CO2过程中的等量吸附热为3060 kJ·mol-1,受物理吸附和化学吸附共同控制。在吸附的初始阶段,吸附剂能够对CO2实现快速吸附,该阶段的控制步骤为CO2与有机胺的化学反应;随着CO2被吸附,在吸附剂表面的活性位逐渐被CO2占据,后续的CO2分子进入吸附剂孔道中的扩散阻力增大,吸附速率急剧下降。随着温度的升高,提高了氨基的活性和CO2分子的运动速率,吸附量得到提高。