聚乙烯亚胺修饰的氧化硅纳米管基吸附剂的制备及其CO_2吸附应用

以P123为模板,1,2-二(三甲氧基硅基)乙烷(BTME)为硅源合成了介孔氧化硅纳米管(E-SNTs).将ESNTs经过聚乙烯亚胺(PEI)修饰后制得吸附剂用于捕捉CO2.对吸附剂进行了透射电镜(TEM)、物理吸附、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重分析(TGA)等表征.E-SNTs-PEI吸附剂的最佳CO2吸附温度为75°C.吸附剂的CO2吸附量随着PEI负载量的增加呈现先增大后减小的趋势,其中50%为最佳负载量,此时吸附剂的吸附量最大为3.32 mmol·g-1.相比较SBA-15基吸附剂,E-SNTs基吸附剂具有更优异的吸附性能.在有水汽的存在下,吸附剂E-SNTs-50的CO2吸附量达到3.75 mmol·g-1.经过四次循环吸脱附实验测试E-SNTs-PEI吸附剂的稳定性能,结果表明其CO2吸附量基本不变,该吸附剂表现出较好的稳定性和可再生能力.     

新型多级微/介孔固态胺吸附剂的制备及其CO2吸附性能研究

将HZSM-5与MCM-41按不同质量比混合得到复合分子筛载体,以四乙烯五胺(TEPA)为改性剂,采用浸渍法将其负载到复合分子筛上,制备了一系列新型的具有多级微/介孔结构的固态胺吸附剂。采用N₂吸脱附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)等手段对吸附剂进行表征。在固定床反应器中考察了HZSM-5和MCM-41的质量比、TEPA负载量、吸附温度、进气流量和CO₂分压等因素对CO₂吸附性能的影响。结果表明,当HZSM-5与MCM-41的质量比为1:1、TEPA负载量为30%、吸附温度为55℃、进气流量为30 mL/min时,平衡吸附量高达3.57 mmol/g,且经10次吸脱附循环后,吸附量仅下降8.1%。HZSM-5/MCM-41-30%TEPA对CO₂的吸附过程包括快速的穿透吸附和相对缓慢的逐渐平衡阶段,且穿透吸附量接近于平衡吸附量的80%。HZSM-5/MCM-41-30%TEPA对CO₂的吸附过程符合Avrami动力学模型,表明CO₂吸附是物理吸附和化学吸附的结果。     

五乙烯六胺改性金属有机骨架材料MIL-101(Cr)对CO_2的吸附性能

采用溶剂热法合成金属有机骨架材料MIL-101(Cr),用回流法将五乙烯六胺(PEHA)负载到MIL-101(Cr)孔道中的不饱和金属位点上,使用扫描电镜、粉末X射线衍射、氮气物理吸附、元素分析和傅里叶变换红外光谱等表征手段考察材料的结构和形貌,测试氨基改性前后的MIL-101(Cr)在25℃、不同压力下对CO_2的吸附效果。结果表明,负载0.24 m L五乙烯六胺后的MIL-101(Cr)对CO_2的吸附效果最好,在25℃、常压下对CO_2的饱和吸附量可达58.944 mg/g,相比未负载五乙烯六胺的MIL-101(Cr)吸附量(CO_2饱和吸附量为44.208 mg/g)增加了33%。随着吸附压力的增加,MIL-101(Cr)和0.24PEHAM IL-101(Cr)对CO_2的饱和吸附量逐渐增加,当吸附压力为1.1 MPa时,两者的吸附量分别为1 147.59和1 256.74 mg/g,表明该类材料在高压下对CO_2有着良好的吸附效果。     

一步法制备钛负载介孔材料及其对CO2的吸附

以增溶了二氯二茂钛的P123胶束为模板,采用一步法得到了钛掺杂介孔材料Ti-SBA-15．FTIR、XRD、BET等测试结果显示Ti-SBA-15仍保持规整的孔道结构特征,样品经焙烧后茂环分解留下钛负载于介孔表面．对样品吸附CO2的测定结果表明,钛的负载有利于CO2的吸附,在N2气氛下焙烧的样品对C02的吸附性能显著提高,其中Ti-SBA-15（550-0．5-N2）对C02的最大吸附量为1．44mmolg^（-1）,钛在介孔材料中的存在形态对CO2吸附性能起决定性作用．     

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.     

有机胺修饰具有较大孔径介孔材料的二氧化碳吸附性能

以非离子表面活性剂P123为模板剂,正硅酸甲酯为硅源,通过加入不同的扩孔剂制得具有较大孔径的SBA-15类介孔材料,并采用粉末X射线衍射(XRD)、低温氮气吸附-脱附、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱等手段对所得样品进行了表征.加入扩孔剂可以明显增大介孔材料的孔容和孔径,而异辛烷为扩孔剂的扩孔效果明显优于四氯化碳.经四乙烯五胺(TEPA)镀饰后,这些样品均表现出良好的CO2吸附性能.其中对于除去模板剂后再镀胺的样品,其CO2吸附能力与介孔材料孔道结构关系不大,而对于未除模板剂的原粉镀胺样品,CO2吸附能力则随孔道的变大而增强.此外,通过吸附等温线和CO2-程序升温脱附(TPD)手段比较了温度和压力对CO2吸附的影响,发现在较高温度下吸附时CO2的吸附能力随压力的变化存在显著差别,因而在这类TEPA修饰的介孔材料上可通过变压吸附的途径来实现对环境气流中CO2的吸附和分离.     

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...     

介孔材料氨基表面修饰及其对CO2的吸附性能

采用接枝方法在介孔材料MCM-41和SBA-15的孔道内表面进行氨基化修饰, XRD、29Si-NMR、FT-IR、TGA、BET等测试结果表明, 氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)和氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷(AEAPMDS)都分别接枝在介孔材料的孔道内, 表面氨基修饰量约为1.5-2.9 mmol·g-1. 表面修饰后介孔材料的孔道仍高度有序, 但比表面积减小. 表面修饰前后介孔材料对CO2的吸附性能发生显著变化, 由于物理吸附转化为以氨基为活性中心的化学吸附, 吸附量从修饰前的0.67 mmol·g-1提高到2.20 mmol·g-1.     

CO2 气氛下 MCF 负载氧化钒催化剂上乙苯脱氢反应

 以介孔氧化硅泡沫 MCF 为载体合成了一系列负载型氧化钒催化剂 (V 含量为 2%?10%). 采用 N2 吸附、X 射线衍射和 H2 程序升温还原对 V/MCF 催化剂的结构和织构性质进行了表征, 并评价了催化剂在 CO2 气氛下的乙苯脱氢性能. V/MCF 催化剂具有较高的乙苯脱氢活性, 其中 V 含量为 6% 的催化剂具有最高的反应活性. V/MCF 催化剂的乙苯脱氢活性显著高于 V/MCM-41, 这是由于前者具有较高的可还原性以及较好的扩散性能. CO2 气氛下的乙苯转化率明显高于 N2 气氛下的, 这归因于 CO2 与乙苯发生氧化脱氢, 并通过逆水煤气变换反应在线除去脱氢反应生成的氢.     

新型功能介孔吸附剂NiNb_2O_6的合成及其吸附性能研究

通过柠檬酸溶胶-凝胶反应,合成了新型功能介孔NiNb2O6吸附剂,通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和比表面积及孔径分析(BET)对其结构进行表征。通过影响因素实验、吸附动力学实验和等温吸附实验,探讨了NiNb2O6吸附剂对水溶液中亚甲基蓝的吸附性能和机理。结果表明,NiNb2O6介孔吸附剂具有正交相晶体结构,平均粒径为30~200nm,比表面积为66.3m2/g。吸附剂用量、温度和pH值均对吸附行为有一定的影响;在35℃时,亚甲基蓝在吸附剂上吸附行为符合Langmuir方程,吸附动力学符合拟二级动力学方程,初始浓度为40mg/L,pH值为7.03时,0.2g介孔吸附剂NiNb2O6对亚甲基蓝的吸附量最大,吸附过程中液膜扩散为主要速率控制步骤。     

聚合物-溶剂-超临界CO2三元体系的相行为

研究了聚合物-超临界二氧化碳二元体系溶解性,并考查了添加共溶剂对溶解性的影响,结果表明,添加共溶剂会大大提高CO2的溶解度.此外,还研究了聚合物-溶剂-超临界二氧化碳三元体系在高压时的相行为, 探讨了组分性质、含量等对温度-压力相图的影响.随着CO2含量的增加,压力-温度相图L-LV（单一液相向液气两相共存）边界线的斜率会出现突变点,发生由L-LV边界线向L-LL（单一液相向液液两相共存）边界线的过渡, 而L-LV边界线对不同聚合物并不敏感.     

源自密胺基多孔聚合物的富氮微孔炭及选择性吸附CO_2

以间苯二甲醛和三聚氰胺为原料,通过Schiff碱缩合反应合成了密胺基多孔聚合物(POP),经高温炭化后得到富氮微孔炭(NMC).利用N2吸脱附和傅里叶变换红外(FTIR)光谱表征了POP和炭化后产物NMC的结构和组成,与POP相比,NMC的官能团数量减少,比表面积和微孔孔容大幅增加.元素分析表明NMC含氮量高达12.5%(w).采用体积法测定了CO2、CH4和N2在NMC上的单组分吸附平衡等温线,NMC展示出良好的CO2吸附性能,298 K、100 kPa下CO2平衡吸附量可达2.34 mmol·g-1.双位Langmuir(DSL)模型和单位Langmuir(SSL)模型分别较好地描述了CO2、CH4和N2在NMC上的吸附平衡数据,在此基础上,应用理想吸附溶液理论(IAST)预测了双组分混合气在NMC上的吸附等温线,结果表明NMC对CO2-N2和CO2-CH4有非常高的CO2吸附选择性,分别为144.9和12.8.     

含O2高温高压CO2环境中3Cr钢腐蚀产物膜特征

采用高温高压反应釜分别开展3Cr钢在CO2和O2共存、单独CO2和单独O2三种气体条件下的腐蚀实验,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)和电化学方法研究了3Cr钢在高温高压含有O2的CO2环境中的腐蚀产物膜特征.结果表明,在含有O2的CO2的条件下,3Cr钢表面腐蚀产物膜疏松多孔,主要成分为FeCO3、Fe3O4和Fe2O3,腐蚀产物中未见明显Cr元素富集,3Cr钢表现出点蚀的腐蚀形态.3Cr钢在高温高压含O2的CO2腐蚀条件下内外膜层电阻(Rf1、Rf2)和电荷传递电阻Rt均比仅含有CO2腐蚀环境的低,双电层电容(Cdl)和内外膜层电容(Cf1、Cf2)均比仅含有CO2腐蚀环境的高.含有O2的CO2条件下,其保护性显著低于单一CO2条件下形成的腐蚀产物膜.提出了在含O2的CO2气体条件下,3Cr钢表面存在由多种物质组成的腐蚀产物,这导致腐蚀产物疏松多孔,不会形成单一CO2条件下存在的显著提高腐蚀产物膜保护性的Cr(OH)3层,从而促进了3Cr钢的析氢腐蚀和酸性介质中的吸氧腐蚀的机理.     

水在HfO2(111)和(110)表面的吸附与解离

运用广义梯度近似密度泛函理论方法(GGA-PW91)结合周期平板模型, 研究水分子在二氧化铪(111)和(110)表面不同吸附位置在不同覆盖度下的吸附行为. 通过比较不同吸附位的吸附能和几何构型参数发现:(111)和(110)表面铪原子(top 位)是活性吸附位. 水分子与表面的吸附能值随覆盖度的变化影响较小. 在(111)和(110)表面, 水分子都倾向以氧端与表面铪原子相互作用. 同时也计算了羟基、氧和氢在表面的吸附, Mulliken 电荷布居, 态密度及部分频率. 结果表明, 在两种表面羟基以氧端与表面铪相互作用, 氧原子与表面铪和氧原子同时成键, 而氢原子直接与表面氧原子相互作用形成羟基. 通过过渡态搜索, 水分子在(111)和(110)表面发生解离, 反应能垒分别为9.7和17.3 kJ·mol^-1, 且放热为59.9和47.6 kJ·mol^-1.     

片状纳米结构CeO2晶体的制备及其吸附CO2性能

在室温下,将CeCl₃溶液与CO₂储存材料（CO₂SM）混合、搅拌0.5 h制备了片状碳酸铈前驱体（CCPs）,并在500℃下煅烧CCPs 4 h,制得平均尺寸为4.94 μm×0.92 μm,厚度为0.04~0.08 μm纳米结构片状CeO₂晶体。在此过程中,CO₂SM不但可以提供CO₃^2-,还能起到分散剂和结构导向剂的作用。反应过程中,系统地研究了CO₂SM用量、Ce³⁺浓度和搅拌时间3个因素对CCPs形态和大小的影响,得到最优制备条件：0.1 g CO₂SM和50 mL 0.03 mol·L^-1 Ce³⁺水溶液以1 000 r·min^-1转速在室温下搅拌0.5 h。煅烧CCPs后,所制备的片状CeO₂晶体在室温下CO₂吸附量可达0.554 mmol·g^-1。     

以类水滑石为前驱体的Cu/Zn/Al/(Zr)/(Y)催化剂制备及其催化CO_2加氢合成甲醇的性能

采用共沉淀法合成了Cu:Zn:Al:Zr:Y原子比分别为2:1:1:0:0、2:1:0.8:0.2:0、2:1:0.8:0:0.2和2:1:0.8:0.1:0.1的Cu/Zn/Al/(Zr)/(Y)类水滑石化合物.将前驱体材料在空气中500°C焙烧后得到复合金属氧化物,并将其用于CO2加氢合成甲醇反应.采用X射线衍射(XRD)、热重(TG)分析、N2吸附、氧化亚氮(N2O)反应吸附、氢气程序升温还原(H2-TPR)和H2/CO2程序升温脱附(H2/CO2-TPD)技术对所制备的样品进行表征.结果表明,Zr和Y的引入使得催化剂BET比表面积大幅增加,金属铜的比表面积和分散度均按以下顺序依次增加:Cu/Zn/AlCu/Zn/Al/ZrCu/Zn/Al/YCu/Zn/Al/Zr/Y,然而,强碱位数目占总碱位数目的比例的变化顺序为:Cu/Zn/AlCu/Zn/Al/YCu/Zn/Al/Zr/YCu/Zn/Al/Zr.活性评价结果揭示CO2转化率取决于金属铜的比表面积,甲醇选择性则随强碱位比例的增加而线性增加.因而,Zr和Y的引入有利于甲醇的合成,Cu/Zn/Al/Zr/Y催化剂上的甲醇收率最高.     

固相浸渍法制备NiO/CeO2催化剂及其在CO氧化反应中的应用

采用固相浸渍法制备了一系列NiO/CeO2催化剂,并通过与常规湿浸渍法比较,考察了制备方法对催化剂和CO氧化反应性能的影响.同时结合X射线衍射(XRD),N2吸附-脱附(BET),透射电镜(TEM),氢气-程序升温还原(H2-TPR),拉曼(Raman)光谱,X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的结构和表面物种分散状态进行了表征.CO氧化活性测试结果表明,当镍负载量相同时,固相浸渍法制备的催化剂相比于湿浸渍法表现出更好的催化性能.TEM、XPS、H2-TPR结果表明,固相浸渍法更有利于加强镍铈间的相互作用和得到高分散的镍物种,从而促进镍物种的还原.Raman结果表明固相浸渍法相比于湿浸渍法能产生更多氧空位,这有利于氧气在催化剂表面的活化,使得CO氧化反应更容易进行.     

溶胶-凝胶法制备复合MxOy-TiO2光催化剂

以无机盐TiCl4为原料制备TiO2溶胶,并利用溶胶胶粒修饰法制备SiO2 TiO2、ZrO2 TiO2、WO3 TiO3、MoO3 TiO2及Pt/TiO2光催化剂,用于光催化氧化甲醛反应,考察添加物对 催化剂光催化性能的影响.其中,SiO2 TiO2催化剂的光催化氧化降解甲醛性能最好,而MoO3 TiO2的催化性能最差.SiO2 TiO2催化剂优良的光催化性能可归于SiO2 TiO2催化剂的高 比表面积,高空隙率,小晶粒粒径和强吸光性能等性质的综合影响.     

利用H2与金属氧化物的选择性反应从CO中除H2

研究了一些氧化物的H2－TPR及CO－TPR行为,结果发现,Co3O4／Al2O3,NiO／SiO2,NiO和Pd／NiO的H2－TPR温度要低于它们的CO－TPR温度,特别是Pd／NiO样品,它的H2－TPR温度为598K,而其CO－TPR温度高达949K,差别为351K,因此有可能利用Pd／NiO在一定温度下选择性地与CO中的H2反应而将其除去. 实验结果表明,Pd／NiO可在603K及4000h-1的条件下从H2（0.34％）,CO（50％）和N2（余）的混合气中选择性地除去90％以上的H2,吸氢容量为每克样品55mL标准态H2.