葡萄糖基多孔碳材料及其双氰胺掺杂改性材料对CO2/CH4的分离性能

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CO2过量排放产生的各种环境和能源问题已引起当今社会的广泛关注,节能减排是解决这两个问题最有效的措施之一。本文以国家大力发展清洁能源和CO2减排的重大需求为背景,研制成本低廉、结构稳定和性能优良的葡萄糖基新型多孔碳材料及其双氰胺掺杂改性材料,研究其吸附分离CO2/CH4的性能,本文的研究成果可为可再生能源(生物甲烷)的分离纯化和CO2捕获提供新的技术基础,具有实际意义。本文制备了葡萄糖基多孔碳材料(C800s)并研究了其对CO2/CH4的分离性能。结果表明,所研制的C800-2材料的窄微孔孔容达到0.3538 m3/g,其含量高达30.63%。298 K和1bar下对CO2吸附量高达3.96 mmol/g,明显高于许多碳材料和MOFs材料。本文研制了新型的双氰胺掺杂葡萄糖基碳材料NCs,系统考察了制备条件对双氰胺改性葡萄糖基碳材料(NCs)孔隙结构、表面性质和低压CO2吸附容量的影响。结果显示,活化时间和KOH比例是影响材料结构和CO2吸附性能的主要因素,NCs表面上所掺杂的氮元素主要以三种官能团形式存在,其中,样品0.75NC600(1)-2具有最高的含氮量(5.76%)和吡啶氮(N-6)百分含量(17.26%),在298K,0.15bar条件下的CO2吸附容量高达1.41 mmol/g,其低压CO2吸附容量主要与吡啶氮含量有关。本文研究了双氰胺掺杂葡萄糖基多孔碳材料NCs对CO2/CH4的分离性能。在298K,1bar条件下,样品0.5NC600(4)-2和0.5NC600(1)-2的CO2吸附容量分别为4.68 mmol/g容量4.37 mmol/g,其常压CO2吸附容量主要受窄微孔孔容影响;NCs对CO2/CH4的吸附选择性明显高于原碳材料的吸附选择性,IAST理论预测NCs的在298K,1bar条件下的CO2/CH4分离选择性均在6-8.26范围,表现出优良的CO2/CH4分离性能。
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