环糊精类多孔材料对气体CO2的捕获研究

本报导中, 以γ-环糊精作为建筑基块, 采用最常见的醇羟基脱水反应, 合成了一种环糊精类多孔材料 CD-PAF-1, 通过FTIR, TGA, PXRD, SEM及气体吸附对该化合物的结构及性质进行表征, CD-PAF-1具有优良的热稳定性。另外, 由于成功地在该材料骨架中引入了大量对CO₂具有选择性吸附的羟基基团, 基于这一特点, 该材料可广泛的应用于气体CO₂的捕获与分离应用。     

介孔硅复合氧化石墨烯多孔材料的制备及其CO2吸附性能研究

以P123为模板剂,以TEOS为硅源,以氧化石墨烯为复合组分,采用溶胶-凝胶法和自组装法制备了具有较大比表面积的介孔硅复合氧化石墨烯三维多孔材料（MSM/GOs）,进一步通过物理浸渍聚乙烯亚胺（PEI）制备了固态胺吸附材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸附-脱附曲线、元素分析等方法表征复合材料的结构和形貌,研究了氧化石墨烯添加量对材料的比表面积和胺化效果的影响以及吸附温度对其吸附CO₂性能的影响。研究结果表明,氧化石墨烯的引入能显著提高介孔硅复合氧化石墨烯多孔材料的比表面积,当GO添加量为4.5wt%时,其比表面积可高达841m²/g。高的比表面积有利于提高材料的氨基含量。在30wt%PEI的物理浸渍胺化后,MSM/GO-4.5@30%PEI拥有最大含氮量（9.59wt%）和CO₂吸附量（1.70mmol/g）。得益于良好的多孔基体和有机胺的均匀分布,MSM/GO-4.5@30%PEI在不同温度下的吸附量较稳定,循环再生吸附后仍能保持初始吸附量的80%。动力学研究表明,准一级模型和Avrami模型均能较好地拟合其吸...     

定向合成高效捕获CO2的新型多孔芳香材料

通过简单的离子热法,以四（4-氰基联苯基）硅烷作为四面体基块,将其与无水氯化锌在充满氩气气氛的手套箱中充分研磨后密封,分别以400和550 ℃的反应温度合成了新型多孔芳香骨架材料（PAF-51）,得到PAF-51-1（400 ℃条件下）与PAF-51-2（550 ℃条件下）的比表面积分别为720和557 m²·g^-1 （BET）.与CH₄和N₂对比,该材料对CO₂具有极好的选择性吸附能力. 273 K条件下,CO₂/N₂分离指数最高可达52.2,CO₂/CH₄分离指数也达到10.3,这一性质极有可能使得PAF-51成为捕获CO₂理想材料,并对再生能源具有潜在的应用.     

不同有机胺修饰MCM-41的CO2吸附性能和热稳定性

将乙二胺(EDA,60 g/mol)、四乙烯五胺(TEPA,189 g/mol)和两种聚乙烯亚胺600(PEI600g/mol; PEI1800g/mol)分别负载在MCM-41上制备氨基功能化介孔材料,研究其对CO₂的吸附性能和热稳定性.结果表明,除了EDA-MCM41,其他三种材料随着胺分子量增大CO₂吸附性能下降,但是热稳定性却有所提高,其中,TEPA-MCM41的吸附容量最大,达到2.7 mmol/g.同时发现,乙二胺在制备过程中随溶剂挥发而难以完全负载在MCM-41上.在纯N₂气氛和再生温度100 ℃条件下,经10次循环实验后,TEPA-MCM41的吸附能力下降了7.4%,而PEI600-MCM41和PEI1800-MCM41吸附能力保持不变,且质量变化在1%以内,表现出良好的再生稳定性.采用80%CO₂/20%N₂对吸附饱和的材料进行再生,四种材料的再生温度将提高到160 ℃以上,高分子量PEI600-MCM41和PEI1800-MCM41相比于TEPA-MCM41具有更好的热稳定性.     

碳化多孔有机骨架制备氮掺杂多孔碳及其气体吸附研究

通过简单的一步碳化方法, 以含氮的多孔有机骨架JUC-Z2为碳前驱物制备出氮掺杂多孔碳材料. 与原始JUC-Z2材料相比, 制备的多孔碳材料显示出明显提高的气体吸附量和增强的吸附焓. 其中JUC-Z2-900的CO₂吸附量高达113 cm³·g^-1, H₂吸附量也达到246 cm³·g^-1, 超过了大部分报道的多孔材料. 尤其是JUC-Z2-900的CH₄吸附量在273 K, 1 bar下高达60 cm³·g^-1, 据我们所知, 这一值为目前报道材料的最高值. 除此之外, 样品还显示出选择性吸附CO₂的能力, 273 K下, JUC-Z2-900的CO₂/N₂的选择性高达10, CO₂/H₂的选择性也高达66. 另外, 样品具有很高的热稳定性, 有望应用在碳捕获和清洁能源储存等领域.     

Li4SiO4对CO2捕集性能的实验研究

以Li₂CO₃和SiO₂为原料,通过高温固相合成法合成了CO₂捕集剂Li₄SiO₄,并用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所合成的材料在CO₂捕集前后的晶相变化以及微观结构进行了表征。通过热重分析仪(TGA)研究了Li₄SiO₄材料吸附CO₂的性能,并在小型热态实验台架上进行了CO₂热态捕集实验。实验结果表明,Li₄SiO₄对CO₂的捕集性能受Li₄SiO₄合成温度、CO₂的吸附温度以及气体中CO₂含量的影响,在700 ℃下制得的Li₄SiO₄具有最佳的CO₂吸附特性,最大吸附增量可达34%。Li₄SiO₄的吸附能力随着CO₂含量和吸附时间的增加而增加,当CO₂浓度分别为75%、67%、60%时,700 ℃ Li₄SiO₄对CO₂最大吸附量分别可达6.68 mmol/g、3.37 mmol/g、2.02 mmol/g (理论量8.33 mmol/g)。     

一个基于5-(3-氨基-吡啶-4-基)-间苯二羧酸和桨轮状[Cu2(COO)4]簇的rtl-金属有机骨架材料的合成及其CO2选择性吸附性质

利用新配体5-（3-氨基-吡啶-4-基）-间苯二羧酸（NH₂-H₂L₁）,我们成功设计、合成了一例氨基功能化的柱-层型rtl-MOF,SNNU-Bai65。与原型MOF（SYSU）对比,极性官能团氨基对孔表面的功能性修饰和对孔道的分割使得SNNU-Bai65经活化后展现出更好的CO₂/N₂和CO₂/CH₄的选择性CO₂吸附性能。     

MgO/Al2O3吸附剂对CO2动态吸附性能的研究

以γ- Al₂O₃为载体,采用等体积浸渍法制取MgO/Al₂O₃吸附剂,利用BET、XRD等表征手段对吸附剂进行表征;并通过固定床测量穿透曲线的方法研究其对CO2动态吸附性能的影响,考察了MgO负载量、吸附温度、气体流量等因素对吸附剂吸附CO₂性能的影响,同时还通过多次吸脱附实验考察MgO/Al₂O₃吸附剂的稳定性和再生能力。结果表明,MgO负载量为10%的吸附剂,吸附温度在50℃左右,流量为45mL/min动态吸附量最大;经数次循环后材料的结构性质和吸附性能未见明显变化,可再生性能比较优异,是一种潜在的可工业化应用的CO₂吸附剂。     

氨基表面功能化的有序介孔杂合材料的一步法合成及其对重金属离子和CO2的吸附特性

以F127为表面活性剂,通过(4-氨基-1-羟基亚丁基)二膦酸单钠盐三水合物与TiCl4一步法缩合反应制得有序介孔杂合材料.通过TEM图像可观察到所制备的材料具有六方有序介孔结构,氮气吸附分析测得其比表面积高达420m2 g-1,孔径分布均匀,最可几孔径为6.9 nm.FT-IR和MAS NMR表明有机官能团进入介孔材料骨架中.由于所合成的材料表面含有丰富的氨基官能团,可以与诸如Hg2+,Pb2+和Cd2+等重金属离子发生络合作用,所以这种杂合材料可以作为一种优秀的离子吸附剂,其吸附行为可归属于Langmuir吸附类型.同时,由于该材料中含氨基和羟基官能团,对CO2的捕获有较大贡献,测试得知CO2吸附量可达2.47 mmol g-1,并具有高稳定性和选择性.     

CO2选择性透过膜材料的制备

作为一种主要温室气体和一种重要的"潜在碳资源",CO2的分离和回收备受关注.与传统的CO2分离方法相比,膜分离技术具有不可比拟的优势.本文对近年来CO2选择透过无机膜、聚合物膜和促进传递膜等膜材料的制备方法及改性研究进行了综述,并对CO2选择性透过膜材料未来的发展进行了展望.     

超临界CO2中模板法制备TiO2/SiO2复合多孔材料

在超临界CO2中以颗粒状活性炭为模板,正硅酸乙酯和钛酸四正丁酯为前驱体制备了TiO2/S iO2复合多孔材料。研究了超临界状态下不同涂层温度和涂层压力对涂层率的影响,当温度为40℃时,压力在22 MPa为该温度的最佳涂层压力;固定压力为22 MPa,涂层温度为70℃为最佳涂层条件。X射线衍射(XRD)的研究结果表明,产物由锐钛矿型TiO2、金红石型TiO2以及结晶的S iO2这3种物质构成。根据产物的N2气吸附-脱附等温线计算,产物的比表面积达到144.44 m2/g,平均孔径为7 nm左右。扫描电子显微镜的分析结果证明,产物在一定程度上实现了对模板的复制,同时透射电子显微镜显示,复合材料的纳米颗粒尺寸具有良好的分散性。     

Zn含量对于Cu-Mn-Zn/ZrO2催化剂CO2加氢合成甲醇性能的影响研究(英文)

通过溶胶-凝胶方法制备了一系列不同Zn含量的Cu-Mn-Zn/ZrO₂催化剂,并通过XRD、BET、TPR、N₂O吸附、XPS、TPD和in-situ DRIFTS进行了表征。结果表明,随着Zn含量增加,催化剂上CO₂加氢反应的活性增加。在所有样品中,Cu₃MnZn_0.5Zr_0.5(CMZZ-0.5)在250℃和5 MPa条件下具有最高的CO₂转化率(6.5%)和甲醇选择性(73.7%)。表征结果表明,Zn进入Cu_1.5Mn_1.5O₄尖晶石结构,形成ZnO_x,导致催化剂表面羟基含量的增加,同时增加了Cu⁰和Cu^α+的含量,改善了H₂和CO₂的活化能力。此外,通过原位漫反射红外光谱研究了CO₂转化为甲醇的途径。     

O2/CO2气氛下木醋调质石灰石再燃/先进再燃脱硝性能研究

在O₂/CO₂气氛下利用沉降炉脱硝实验台,对木醋调质石灰石和醋酸钙的再燃/先进再燃脱硝特性以及氨气的选择性非催化还原脱硝特性进行了研究。结果表明,木醋调质石灰石和醋酸钙的再燃脱硝效率随温度的升高先提高后降低,1 323 K时获得最高脱硝效率分别为82.70%和78.52%;再燃脱硝氧浓度不宜过高,合适的再燃比为14%~17%,停留时间为0.8 s。氨气选择性非催化还原脱硝在1 173 K时获得最高脱硝效率为95.41%,温度窗口为1 142~1 335 K;随着氧浓度的增大,脱硝效率不断降低,反应适宜的氨氮比为1.5,停留时间为1.2 s。按氨氮比0.75向再燃区喷入氨气可显著提高木醋调质石灰石和醋酸钙的再燃脱硝效率,同时脱硝反应适宜的温度区间也得到显著拓宽,1 323 K时两者获得的先进再燃脱硝效率分别为93.49%和92.79%。     

四乙烯五胺修饰介孔硅胶吸附CO2性能的研究

采用浸渍法将四乙烯五胺(TEPA)负载到介孔硅胶(SG)上,制备了一系列胺功能化的CO₂吸附材料(TEPA-SG).利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和N₂吸脱附等分析方法对样品进行了表征,并在固定床反应器中考察了TEPA负载量、吸附温度对CO₂吸附性能的影响,同时通过添加不同质量分数的聚乙二醇(PEG)考察了羟基对吸附性能及再生性能的促进作用.结果表明,当TEPA负载量为40%(质量分数)、吸附温度为70 ℃时,TEPA-SG的吸附量高达2.21 mmol/g;PEG的加入改变了氨基与CO₂的相互作用机理,当TEPA与PEG的质量比为3:1,总负载量为40%时,CO₂的吸附量为2.70 mmol/g,且经过10次吸脱附循环实验后,CO₂吸附量仍保持在2.66 mmol/g,表现出较好的循环稳定性.Clausius-Clapeyron方程计算得该过程的等量吸附热为30~40 kJ/mol,且随吸附量的增大等量吸附热逐渐减小,表明TEPA30/PEG10-SG吸附剂表面存在能量不均匀性.     

Cu-ZnO-CeO2催化剂组成对CO2加H2合成甲醇性能的影响

采用并流沉淀法分别制备了CuO-CeO₂（物质的量比为5：1）、CuO-ZnO（物质的量比为5：4）、CuO-ZnO-CeO₂（物质的量比为5：4：1）三组目标催化剂,通过X射线衍射（XRD）、氢气升温还原（H₂-TPR）、CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）、N₂O滴定表征技术对催化剂的物化性能进行了测试,并在高温高压微催化反应器中对催化剂进行活性评价。研究了CuO-ZnO-CeO₂组成对CO₂加氢合成甲醇的影响。结果表明,与二组分催化剂相比较,三组分CuO-ZnO-CeO₂催化剂物化性能及催化活性发生了很大变化,催化剂表面碱性位增强,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,铜分散度以及氧空位浓度提高,最终催化活性显著提高。其中,CuO-ZnO-CeO₂催化剂中,CuO颗粒粒径为8.2nm,铜的比表面积为68.4m²/g,铜分散度为7.19%,甲醇的选择性和收率分别为48.6%和0.057mmol/（g·min）,催化剂活性较好。     

贵金属负载TiO2对光催化还原CO2选择性的影响

利用光沉积方法在TiO₂表面分别负载1%(质量分数) Pt、Pd、Au和Ag助催化剂.用TEM、XRD、UV-vis等技术对催化剂进行了表征,并利用连续瞬态电流时间响应和线性扫描伏安法等电化学方法,对贵金属负载的TiO₂光催化剂在光照条件下的电流响应强度及电催化析氢电位等特性加以测试.分析了贵金属助催化剂对光催化还原CO₂性能的差异.结果表明,负载贵金属助催化剂能显著加速光生电子空穴的分离,降低复合率;另外,助催化剂对还原CO₂选择性的顺序为Ag>Au>Pd>Pt.贵金属助催化剂还原CO₂的加氢选择性和析氢过电位存在相关性,即越不利于析氢过程的助催化剂,其催化CO₂加氢还原产物的选择性越高.     

CO2响应型Pickering乳液的构筑及应用

互不相溶的油/水两相在固体颗粒的作用下,其中一相以小液滴形式溶于另一相中形成的乳液称为Pickering乳液。由于其制备成本低、稳定性强且环境友好,目前已应用于医药、食品及化妆品等多个领域。在实际的应用中,具有长期稳定性质和可快速乳化/破乳的乳液在石油开采、催化等领域需求广泛,因而制备具有环境刺激响应性质的Pickering乳液迫在眉睫。与pH、磁场、温度、光等刺激手段相比,CO₂响应型乳液具有廉价易得、无污染、响应迅速、生物相容性好等优势,是解决产品循环回收问题的有效策略。目前CO₂刺激响应型Pickering乳液体系仍处于研究的初级阶段,且该乳液的响应机制、构筑策略仍有待明确和拓展。本文总结了Pickering乳液的稳定/响应机制,综述了CO₂响应型Pickering乳化剂的种类及构筑策略,列举了其在乳液聚合、界面催化、生物医药领域的应用进展,并展望了其未来的发展前景。     

CO2在Fe3O4(111)表面的吸附结构及能量研究

利用密度泛函理论研究了CO₂在Fe₃O₄（111）表面Fe_tet1和Fe_oct2两种终结的吸附行为。在Fe_tet1终结表面,当覆盖度为1/5 ML时,CO₂倾向于线性吸附;而在高覆盖度下,弯曲的CO₂与表面O作用形成CO₃^2-结构。在Fe_oct2终结表面,CO₂倾向于弯曲吸附,在1/6 ML和1/3 ML覆盖度时都可以形成CO₃^2-和-COO结构。覆盖度对Fe_tet1终结的表面影响很弱,但是对Fe_oct2终结的表面影响很大。从热力学上来说,CO₂在Fe_oct2终结表面的吸附要比Fe_tet1终结表面更有利。     

共价有机框架材料在光催化CO2还原中的应用

全球范围内化石燃料的大量消耗导致了能源危机,同时其所排放的CO₂等温室气体使环境问题日渐突出。将CO₂等废气进一步转化为高附加值燃料是解决能源与环境问题的理想方案。利用取之不尽的太阳能作为能源实现光催化CO₂还原为能源化合物被认为是有效解决此问题的最佳途径之一。共价有机框架材料(COFs)是一类新型晶态多孔有机聚合物材料,具有结构稳定性、可设计性和结构多样化的特征,因此在光催化CO₂还原领域表现出了巨大潜力。本文概述了近年来COFs在光催化CO₂还原领域中的催化应用研究进展,包括引入不同金属离子提供活性位点、增加光敏性官能团提高其对可见光利用率等方法。最后对以COFs材料为光催化CO₂还原催化剂的研究进行了总结和展望,我们认为更进一步的新材料合成、修饰与催化机理研究仍是前景广阔的研究领域。     

O2/CO2气氛下O2浓度对燃煤PM2.5形成的影响

采用管式炉和荷电低压撞击器(electrical low pressure-impactor,ELPI)研究了徐州烟煤在O₂/CO₂条件下燃烧后生成的PM_2.5排放特性。结果表明,在O₂/CO₂气氛下,煤粉在不同O₂浓度燃烧所产生的PM_2.5质量浓度均呈双峰分布,峰值分别在0.1和2.0 mm左右;随着氧含量的增加,PM_2.5的质量浓度增加;S、K和Na在亚微米颗粒上明显富集,而Si和Ca未在亚微米颗粒上富集;通过对颗粒物的粒径分布、元素分析和形貌观察,认为亚微米颗粒主要是矿物质蒸发鄄凝结机制形成的,而超微米颗粒主要是煤焦与外部矿物质的破碎以及内在矿物质聚合形成的。