有机阴离子柱撑钾修饰水滑石吸附性能研究

类水滑石是250~450℃下用于CO_2燃烧前捕集的一类重要吸附剂。本文通过替代普通碳酸根镁铝水滑石(MG70)中的CO_3~(2-),制备了正辛酸根柱撑水滑石(LDH-8C)和硬脂酸根柱撑水滑石(LDH-8C),并通过XRD谱图表征水滑石层板间距。热重分析(TGA)实验结果表明,正辛酸根柱撑的钾修饰水滑石吸附量可达1.36 mmol/g,硬脂酸根柱撑的钾修饰水滑石吸附量可达1.93 mmol/g。但考虑到硬脂酸根离子常温下溶解度较低,制备工艺复杂等因素,正辛酸柱撑钾修饰水滑石更具应用潜力。     

高比表面积MgO颗粒制备及其CO_2吸附性能研究

以羧甲基纤维素钠(CMC)为黏结剂制备了具有高比表面积和较好机械强度的柱状MgO颗粒吸附剂。研究了煅烧温度、CMC质量分数对成型MgO颗粒的孔结构分形特性,CO_2吸附量回收率以及机械强度的影响。结果表明,煅烧温度为500℃、CMC添加量为20%的MgO颗粒具有较高的比表面积,其在50℃,常压下的CO_2吸附量回收率和机械强度分别达到78.66%和0.39 MPa。FHH分形模型可以很好地定量分析成型颗粒的孔道结构特征,分形维数越小,颗粒孔道结构越规则有序,吸附剂的吸附效率越高。MgO颗粒的分形维数与其平均孔径和比表面积分别呈现一定的负相关和正相关关系,而与孔体积没有直接关系。5次循环后MgO颗粒的吸附量仅减少了3.6%,因此该MgO颗粒适合用于CO_2气体的捕集。     

荧光光谱法研究Eu~(3+)在拟薄水铝石纳米胶粒表面的吸附

拟薄水铝石作为前驱体,加入胶溶剂HNO3调节pH 2.0得到胶粒大小～60 nm的稳定胶体.将Eu(NO3)2溶液加入拟薄水铝石胶体,Eu3+在静电引力作用下在拟薄水铝石胶粒表面发生化学吸附.荧光光谱检测结果表明,Eu3+592 nm发射峰强度I592随AlOOH:Eu(NO3)3物质的量之比RBoe/Re的增大而降低.由发射峰强度I592计算出Eu3+在拟薄水铝石胶粒表面吸附率R随RBoe/Re增大而增大,当RBoe/Re=4时,吸附率可达53.0%.Eu3+在拟薄水铝石胶粒表面的吸附密度D也随RBoe/Re的增大呈上升趋势,且吸附曲线随RBoe/Re0分为初始阶段、平缓阶段和饱和阶段.     

固体吸附剂对CO_2的高压吸附性能研究

在高压吸附仪上研究了硅胶、MCM-41、13X、SBA-15四种固体吸附剂对CO_2的高压吸附性能,考察了温度、压力、结构性质和吸附热对吸附剂吸附量的影响.结果表明,高压下四种吸附剂对CO_2的吸附均属于物理吸附,且随着压力增大吸附剂的吸附性能增强。吸附量的大小变化分为两个阶段,不同阶段影响吸附量的因素不同。四种固体吸附剂的高压吸附实验表明,理想吸附剂的选择需要从吸附量、对温度的敏感性以及孔径大小和分布等综合考虑.     

二维Ti_2CO_2单层吸附H_2S分子的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法研究了H_2S分子在二维单层Ti_2CO_2表面上的吸附以及外加应变和电场对其性质的调制,发现该吸附为物理吸附,其吸附强度几乎不受外加拉伸应变的影响,而外加电场使H_2S分子的吸附增强.同时,通过单层Ti_2CO_2表面不同结构(如水分子修饰、官能团掺杂、氧官能团空位)对H_2S分子吸附性质影响的研究表明:(1)表面吸附的水分子促进H_2S分子的吸附,其吸附强度随H_2O分子数增多而增强;(2)官能团OH掺杂浓度低于0.22 ML时,促进H_2S分子的吸附,而较高浓度OH掺杂使H_2S分子吸附减弱;官能团F掺杂对H_2S分子吸附强度几乎没有影响;(3)含氧空位的Ti_2CO_2表面与H_2S分子相互作用较强,吸附能高达-1.06 eV,且电子结构改变明显.     

H_2O对沸石咪唑酯骨架材料CO_2捕获性能的影响研究

沸石咪唑酯骨架(ZIFs)材料是一种新型的温室气体CO_2吸附材料。本文采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟的方法研究了H_2O对ZIF-8及ZIF-90的CO_2吸附性能和CO_2/N_2分离性能的影响。研究结果表明,ZIF-90的CO_2吸附及CO_2/N_2分离性能要强于ZIF-8。在ZIF-8中,H_2O的存在对该材料的CO_2吸附性能和CO_2/N_2选择性分离性能几乎没有影响。H_2O对CO_2在ZIF-90中的吸附具有协同吸附作用,H_2O的存在对材料吸附CO_2及分离CO_2/N_2具有明显的促进作用。     

碳纳米管吸附分离CO2/N2混合物的分子模拟研究

本文采用巨正则蒙特卡罗模拟研究了烟气中CO_2/N_2混合物在不同管径碳纳米管(CNT)中的吸附分离性能,并分析温度及气相组成对混合物分离性能的影响。结果表明,在温度为300 K,压力为0.1 MPa时,(7,7) CNT有着最大的CO_2吸附量以及选择系数,分别为1.38 mol/kg和48.5。引入性能系数综合分析不同管径CNT的吸附分离特性,发现在温度低于315 K时应选用(7,7) CNT作为吸附分离CO_2/N_2的吸附剂,而高于315 K时应选用(6,6) CNT。在多阶段分离纯化过程中,在CO_2摩尔分数高于10%时应选用(7,7) CNT作为吸附分离CO_2/N2的吸附剂,反之则选用(6,6) CNT。     

单颗粒流化床富氧燃烧特性研究

在二维热态可视化流化床实验平台上深入研究了O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下单个煤颗粒燃烧特性。实验中流化床床温为1088 K,O_2浓度为10%~40%,拟球形煤颗粒粒径为6 mm,两根热电偶分别记录煤燃烧过程中颗粒中心及表面温度的变化规律。实验结果表明:O_2/CO_2气氛下O_2扩散速率低于O_2/N_2气氛,使得煤颗粒的平均表观燃烧速率、升温速率及温度峰值降低,燃尽时间延长;提高O_2浓度后燃烧特性得以改善。为获得与空气气氛相近的燃尽时间,O_2/CO_2气氛下O_2浓度约需25%,但O_2浓度需30%才可达到和空气气氛相近的燃烧温度峰值。     

基于密度泛函理论的Na_2CO_3吸附H_2O和CO_2机理研究

碳酸钠是一种颇具潜力的燃煤烟气CO_2固体吸收剂,其脱碳包括物理吸附和化学吸收过程,目前对其脱碳过程微观机理的研究比较缺乏。本文以碳酸钠物理吸附CO2为切入点,利用密度泛函理论(DFT)讨论了H_2O和CO_2在Na_2CO_3(001)表面的单独吸附及共吸附机制。计算采用周期性平板模型和GGA-PBE泛函,计算结果表明,Na_2CO_3(001)面具有最低的表面能;Na_2CO_3(001)面单独吸附H_2O的过程属于弱化学吸附,单独吸附CO_2的过程属于物理吸附;H_2O和CO_2在Na_2CO_3(001)面的共吸附无明显竞争作用,与在K_2CO_3(001)表面的吸附情况不同。本文研究结果将为碳酸钠化学吸收CO_2微观机理的后续研究提供理论依据。     

H_2O/H_2/CO_2混合工质PVT性质的分子动力学模拟研究

利用超临界水煤气化过程得到的H_2O/H_2/CO_2混合气体工质进行发电相较于常规的燃煤发电和煤气化技术具有更加高效和洁净的优点。获取该混合工质的PVT性质是进行基于该混合工质热力系统设计和运行的前提。目前尚未有超临界H_2O/H_2与H_2O/H_2/CO_2混合工质PVT性质的研究,本文采用分子动力学模拟方法与基于Peng-Robinson方程的理论模型预测方法对H_2O/H_2混合工质的PVT性质进行了研究,并对H_2O/H_2/CO_2混合工质的PVT性质进行了分子动力学模拟计算。为验证模拟方法的有效性,本文还对H_2O/CO_2混合工质的PVT性质进行了分子动力学模拟及基于Peng-Robinson方程的理论计算,并与实验数据进行了对比。     

官能团及修饰位点对金属有机骨架化合物(MOFs)CO_2/CH_4分离性能的影响:蒙特卡洛模拟研究（英文）

本文采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟,研究金属有机骨架中官能团修饰的种类及位点对垃圾填埋气(CO_2/CH_4)吸附分离性能的影响.选用六种不同有机配体,分别组成六种铜基pcu构型MOFs,并采用三种官能团(-F、-NH_2、-CH_3)对其有机配体上距金属团簇不同距离的位点进行修饰,获得36种MOFs结构,并对它们在低压真空变压吸附(VSA)和高压变压吸附(PSA)的CO_2/CH_4分离性能进行模拟.结果表明,在低压下,未修饰MOFs的CO_2吸附量呈现出随孔径增大而减小的趋势.二种官能团中,-NH2修饰的MOFs因其强库伦相互作用而具有最优的CO_2吸附性能,其次,具有强范德华相互作用的MOF-CH_3,而-F具有吸电子效应,且其作为单原子官能团的弱范德华相互作用使得它的CO_2吸附性能略逊于未修饰MOFs.此外,将官能团修饰于距金属团簇较远的位点(位点b)时,所造成的影响比修饰于近位点(位点a)更明显.     

空分纯化系统中CO_2与H_2O的吸附传质研究

空气预纯化系统中,为了更好地设计吸附器并保证纯化系统的安全运行,必须进行传质区长度和透过曲线的计算。本文基于透过曲线法,实验研究空气各组分浓度、入口温度、流量及竞争吸附等多因素耦合作用下,CO_2与H_2O在纯化器上的动态吸附特性。结果表明,空气各参数变化均会对CO_2在13X分子筛上吸附传质过程造成一定影响,其中空气入口温度是影响13X分子筛上CO_2传质区长度的最显著影响因素;空气中CO_2浓度对13X分子筛上CO_2传质区长度的影响呈负相关,而H_2O浓度对活性氧化铝上H_2O传质区长度的影响呈正相关,两者呈相反趋势。     

纸张与PVC衍生吸附剂的制备及其脱汞性能研究

本文以纸张为碳基体,PVC为活性氯前驱体,利用两者热交互作用制备含氯吸附剂,研究了不同温度、不同混合比例、不同气氛、不同停留时间下热解制备的吸附剂的汞脱除效果。实验表明,纸张与PVC有很明显的交互作用,从而在吸附剂表面形成活性Cl原子。原料中PVC的加入明显增强了吸附剂的吸附性能,在110℃和150℃下对汞的吸附性能显著提高,且在150℃下,CO_2比N_2气氛下制备的吸附剂吸附性能更好。研究表明废弃物衍生汞吸附剂是一种可行的方案。     

CH_4/H_2O/CO_2在β-SiO_2(100)面吸附的第一性原理研究

多孔介质中的吸附直接影响页岩气赋存、运移.基于密度泛函理论从量子力学角度研究CH_4/H_2O/CO_2在页岩储层主体矿物成分SiO_2上的吸附构型和吸附特性,计算并分析了吸附能与态密度等特征.研究表明:CH_4、H_2O和CO_2在β-SiO_2(100)面的吸附能分布在-0.2 eV～-0.1eV区间内,为物理吸附;最小吸附能大小依次为:CH_4 H_2O CO_2,即,CO_2的吸附能力最强,H_2O次之,CH_4最弱;各吸附质处于吸附能最大与最小时的键长键角变化均小于1%,最大吸附能对应的吸附质键长键角变化率均大于吸附能最小时的,吸附质的物理结构变化微弱表明其所受作用力微弱;基底处于最稳定吸附位时态密度基本重合,表明各吸附质与β-SiO_2表面相互作用相似且差异较小;CH_4、H_2O、CO_2的态密度均出现不同程度偏移,且CO_2在能量更低的区域具有态密度分布,更易优先吸附.     

电场中LiF分子吸附H_2的理论研究

采用密度泛函理论方法研究了电场中H_2在LiF分子上的吸附行为.结果表明,无电场时,H_2能在Li与F原子上形成弱的物理吸附.外加电场可显著提高其吸附强度, H_2在Li/F上的吸附能由无电场时的-0.112/-0.122eV提高到场强为0.005 a. u.时的-0.122/-0.171 eV, H_2吸附在F上时更稳定.利用分子中的原子量子理论(QTAIM)方法研究了电场增强吸附的机理,表明电场促进了H_2与LiF间的电荷转移,同时使LiF及H_2极化,增强了其间的静电作用,从而提高了吸附强度.电场中LiF最多能吸附10个H_2,相应的质量密度达43.5 wt%.表明电场诱导LiF材料吸附H_2是一种具有潜力的储氢方法.     

电场中LiF分子吸附H_2的理论研究

采用密度泛函理论方法研究了电场中H_2在LiF分子上的吸附行为.结果表明，无电场时，H_2能在Li与F原子上形成弱的物理吸附.外加电场可显著提高其吸附强度，H_2在Li/F上的吸附能由无电场时的-0.112/-0.122 eV提高到场强为0.005 a.u.时的-0.122/-0.171 eV,H_2吸附在F上时更稳定.利用分子中的原子量子理论(QTAIM)方法研究了电场增强吸附的机理，表明电场促进了H_2与LiF间的电荷转移，同时使LiF及H_2极化，增强了其间的静电作用，从而提高了吸附强度.电场中LiF最多能吸附10个H_2，相应的质量密度达43.5 wt%.表明电场诱导LiF材料吸附H_2是一种具有潜力的储氢方法 .     

ICP-OES研究活性炭无纺布对镉的吸附

重金属污染是一个相当严重的环境问题。镉具有很强的生物毒性和不可降解性,对生态环境和人体健康有极大威胁,被列为优先控制污染物。环境中镉的主要污染源是电镀、采矿和化学工业等部门的废水,如何简单高效去除水中的镉,有重要的社会意义和经济意义。目前,水中重金属的去除方法有化学沉淀、膜分离、离子交换、吸附、电解等,其中吸附法因简单高效而广泛应用。活性炭纤维是一种新型活性炭,孔径小且均匀,表面官能团发达,吸附性能好,逐步应用于水处理领域。以电感耦合等离子体光谱为检测手段,佐以比表面积分析,X射线衍射,元素分析和傅里叶变换红外光谱,研究比较了三种活性炭纤维(纤维炭网、活性炭无纺布、活性炭纤维毡)的结构特点及其对水中镉的吸附性能。三种活性炭纤维结构基本类似,具有较发达的孔隙结构。活性炭无纺布极性较强,表面有丰富的羟基、羧基、醛基等含氧官能团,对水中镉的吸附作用最大。因此,选择活性炭无纺布为吸附剂进行后续实验。研究了活性炭无纺布吸附镉的影响因素,如溶液pH,吸附时间等。溶液pH影响吸附剂表面电荷及水中镉的存在状态。水中镉的去除效率随溶液初始pH的增大而增大,在较低pH时,吸附剂与Cd2+间存在静电斥力,同时H+和Cd2+存在竞争吸附,pH>9时,镉的去除是吸附与沉淀协同作用的结果,选择pH为6～7。在吸附的初始阶段,活性炭无纺布对Cd2+的吸附量迅速增加,10 min时,吸附率达到72%。随着吸附位点逐渐被Cd2+所填充,吸附速率逐渐变慢,300 min时,吸附容量基本无变化,吸附趋于平衡。优化了镉的吸附条件后,进行等温吸附实验和动力学实验。结果表明,25 ℃时,吸附时间为300 min,pH 6.0条件下,当镉的平衡浓度在20.00 mg·L-1时,活性炭无纺布对镉的单位质量吸附量和单位比表面积吸附量分别是3.04 mg·g-1和0.035 mg·m-2。用Langmuir方程(R2=0.997, K_L =1.796 L·mg-1)和Freundich方程(R2=0.895, K_F=0.918 L·mg-1, n=2.12)拟合活性炭无纺布对镉的等温吸附数据,Langmuir方程计算的理论吸附量为3.07 mg·g-1,与实验值相当,并且线性系数更高,说明该体系的吸附符合Langmuir方程,主要为单分子层吸附。Langmuir分离因子介于0和1之间,表明活性炭无纺布对镉的吸附容易进行。用准一级动力学方程、准二级动力学方程、颗粒内扩散方程和Elovich方程四种动力学模型拟合吸附过程。在吸附的前5 min,镉在活性炭无纺布上的吸附符合颗粒内扩散方程(R2=0.985),吸附主要受颗粒内扩散控制。在吸附的5～300 min,颗粒内扩散方程拟合较差。整个吸附过程符合准二级动力学方程(R2=0.999,k₂=0.367 g·mg-1·min-1),Elovich方程(R2=0.981,a=0.271 mg·g-1, b=0.083 mg·g-1·(lg min)-1)和准一级动力学方程(R2=0.927,k₁=0.008 8 min-1)次之,颗粒内扩散方程(R2=0.785)最差。活性炭无纺布对镉的吸附过程是一种化学作用为主的吸附过程。对5.00 mg·L-1含镉水样,活性炭无纺布投放量为10 g·L-1时,吸附后水中镉的浓度小于0.10 mg·L-1,符合《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)。活性炭无纺布可同时吸附镉,铜,铅,铬等重金属离子,选择性较差。但在电镀、采矿等实际废水中重金属种类复杂,适当提高吸附剂投放量,可同时去除多种重金属。利用活性炭无纺布吸附处理含镉水样,处理效果好、操作简单,可以作为去除水中镉的吸附剂,为含镉废水的处理提供了技术支持和理论基础。     

锂基吸附强化乙醇水蒸气重整动力学研究

稻壳灰硅酸锂是一种新型的高温CO_2吸附剂。本文以稻壳灰为硅源制备稻壳灰硅酸锂,通过测定其动力学性能参数并结合重整反应的数值模拟方法,建立了锂基吸附强化乙醇水蒸气重整制气的动力学模型。模拟与实验结果吻合。结果表明,通过吸附强化作用,反应出口气体组分中的H_2含量大幅度提高,其他组分特别是CO_2,CO的含量大幅度下降,系统能量状况也得到了一定程度的改善。通过对比可以发现,在适当的反应物停留时间下,对于水醇比4:1的吸附强化重整反应,650℃是最佳的操作温度。     

污泥吸附剂的制备及其光谱性能研究

以城市和石化污水厂生化活性污泥及剩余污泥为原料,采用热解法制备烟气脱硫吸附剂,并与商品活性炭对比进行了孔结构、扫描电镜、X射线衍射、热分析及元素分析性质表征,利用傅里叶红外光谱法研究污泥吸附剂在SO₂-O₂-N₂及SO₂-O₂-H₂O_(g)-N₂体系的吸附机理。结果表明城市污水厂剩余污泥制备的吸附剂脱硫性能较好,其次为石化活性污泥,生化活性污泥吸附剂脱硫性能较差,剩余污泥制备的吸附剂脱硫率略低于商品活性炭。SO₂-O₂-N₂体系吸附机理主要为物理吸附,SO₂-O₂-H₂O_(g)-N₂体系SO₂发生了催化氧化,以化学吸附为主。吸附过程中起吸附作用的主要是微孔结构。     

氯化锶-膨胀石墨吸附制冰系统固化复合吸附剂性能

本文用质量分数占35%的膨胀石墨做添加剂并采用压块技术配置了氯化锶-膨胀石墨固化复合吸附剂,测试了该吸附剂在蒸发温度从-25～-5℃变化范围下的吸附制冷特性、吸附速率、最大吸附量以及最大转化率等相关参数,其中单位质量吸附剂最大吸附量可达0.7 kg/kg(NH_3/salt)。同时,通过计算分析,确定采用该复合吸附剂的吸附制冰系统平均SCP可达738 W/kg,COP可达0.435。