活性炭改性及其吸附CO2/H2O性能研究

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工业革命以来,地球温度变化呈明显上升趋势,减缓全球变暖已经变得迫在眉睫。化石燃料引起碳排放量的增加是全球变暖的主要原因,因此,捕集CO2是目前国内外广泛关注的热点,许多捕集工业废气中C02的新技术、新方法被提出和发展。但这些技术和方法主要是针对干燥工业废气中C02的捕集,而实际的工业废气成分复杂,通常含有大量的水蒸气,活性炭、沸石分子筛等传统CO2吸附剂无法直接在这种高湿环境下应用。因此,研制适用于高湿环境下的捕集CO2的新型吸附材料具有重要意义。活性炭是变压吸附分离C02过程中的常用吸附剂,但水蒸气存在的情况下,活性炭对CO2的吸附能力大大减弱,而工业废气中一般都含有10%左右的水蒸气,因此大大限制了活性炭在高湿环境下的应用。针对这一瓶颈问题,本文对活性炭表面进行改性,使其表面疏水,从而制得适于捕集高湿C02的吸附剂。首先,以活性炭为载体、聚乙烯亚胺(PEI)为表面活性剂,合成了一种新型的吸附剂。通过多种手段的结构表征和性能测试对所合成吸附剂进行了优选,测试结果表明:所合成的吸附剂仍然很好地保留了活性炭的结构;所合成的吸附剂对CO2的吸附量随PEI担载量的增加,呈先升高后降低的趋势,当担载量为40%时,吸附量达到最大,为1.02mmol/g;活性炭改性后对H20吸附能力显著降低,且对H20的吸附量随PEI担载量的增加而减小,当担载量为40%时,产物对H20的吸附量为0.79mmol/g,较改性前降低了50%,故改性后活性炭对CO2吸附量明显增加的同时,疏水性能也得到明显改善。然后,以resol型酚醛树脂为前驱体,F127为软模板,采用溶剂蒸发诱导自组装法合成了有序介孔活性炭。采用扫描电镜、比表面及孔径分析仪、X射线衍射、红外光谱分析等方法,对制备的介孔活性炭的表面物化性能进行表征,从而得到最佳的制备介孔活性炭的工艺。最后,利用PEI对优选后的介孔活性炭进行表面改性,并利用C02吸附性能实验,研究了C02在改性活性炭上的吸附平衡过程,研究结果表明,介孔活性炭改性后,对CO2的吸附量大幅度增加。
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