碱性多孔碳材料的合成、表征及吸附CO2性能

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yy04081406
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多孔碳材料因其具有比表面积高、孔体积大、化学稳定性和水热稳定性好以及机械强度高、原料来源广、成本低等优点而受到研究者的广泛关注。目前,多孔碳材料已经广泛应用于气体的吸附与分离、能量存储与转化、催化以及双电层电容器中。由于C02是温室气体,破坏生态环境,另外它是一种宝贵的碳一化学原料,因此多孔碳材料用于吸附分离CO2逐渐成为科学家们的研究热点。决定碳基吸附剂吸附分离CO2性能的关键因素主要包括两方面:一、吸附剂的微孔孔容;二、吸附剂表面的碱性官能团。为了得到丰富的表面官能团,很多科学家在分子筛或活性炭的胺接枝和其他改性方法上做了大量的工作。但由于改性吸附剂的碱性基团水热稳定性较差,限制了它的广泛应用。因此合成一种具备高度水热稳定性而且表面富含碱性基团的微孔碳材料,具有十分重要的应用价值。本文以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为软模板,以间苯二酚(R)和甲醛(F)为碳源,在碱性催化剂的作用下,基于模板剂和碳源之间的有机-有机自组装,制备了富含微孔的碱性碳材料。并考察了向合成体系中添加不同氮源(氨水、乙二胺、尿素、吡啶、三聚氰胺等)对样品表面碱性的影响。利用N2-物理吸附、SEM、CO2-TPD、元素分析以及Boehm滴定等手段,对样品的物理和化学性质进行了表征,结果表明,氨水是几种氮源中较理想的原料,它可以兼具碱催化剂和氮源的双重功能。另外,本文以富含蛋白质的天然大豆为碳源和氮源,经过碳化和水蒸气活化制备出碱性碳材料。采用N2-物理吸附和扫描电镜等手段对得到的碳材料进行了物理性能方面的表征。采用Boehm滴定、傅里叶变换红外光谱、C02-TPD和元素分析等手段对碳材料的化学性质进行了分析和表征。结果表明,制备过程中,大豆中蛋白质氨基酸的氮元素被原位保留下来,使制得的碳材料表面具有大量的碱性基团,碱性基团的含量随着活化时间的延长逐渐增加。所得碳材料用于低浓度C02的吸附,发现样品BC-sa-800-5对CO2和N2混合气体具有很好的分离效果,分离因子达到8.33。重复使用6次,吸附效果保持稳定。
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