二氧化碳捕集功能材料的制备与性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvjieidd
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人类活动排放大量的二氧化碳而引起全球变暖问题越来越受到人们的重视。针对烟道气中二氧化碳的捕集,工业上应用的主要方法有胺溶液吸收法与无机多孔材料吸附法。但是在实际应用时,胺溶液高腐蚀性与高能耗等缺点使得这种方法的应用前景受到一定限制。另一类材料无机多孔材料由于对二氧化碳选择性不高,在常压吸附能力较差并且大多需要高压低温的复杂吸附工艺。基于此,我们提出制备新型固体胺材料解决上述问题。本文分别侧重于三个不同方面设计制备新型固体胺材料,制备的固体胺可作吸收剂也可作为吸附剂。  1、设计和制备一种新型负载了聚乙烯亚胺的聚合物多孔材料作为捕集二氧化碳的吸收剂。先用浓乳液模板法制备聚丙烯酸叔丁酯多孔材料,通过一步水解反应得到多孔聚丙烯酸。通过多孔聚丙烯酸材料表面接枝聚乙烯亚胺得到预定的二氧化碳捕集材料。由于这种特殊的材料设计,聚合物多孔材料中具有高的氮含量(13.9wt%),因此其在40℃拥有一个大的二氧化碳吸收能力。在100KPa压力下,这种材料具有高的二氧化碳吸收能力5.91mmol/g。此外它还表现出高的吸收速率和较易的再生性能,对二氧化碳具有良好的选择性。  2、使用多孔聚苯乙烯作为多孔骨架材料,将其表面修饰聚乙烯亚胺得到氨基功能化的多孔材料。首先在多孔聚苯乙烯材料制备过程中加入制孔剂得到高比表面积的聚苯乙烯多孔材料;然后通过在多孔材料表面接枝聚丙烯酸得到羧基功能化的聚苯乙烯多孔材料。最后利用羧基与聚乙烯亚胺的反应的得到氨基功能化的聚合物多孔材料。这种氨基功能化的多孔材料可用于大气中二氧化碳捕集。在100Kpa和40℃下,其二氧化碳的吸附能力达到3.46mmol/g。重要的是所得的吸附剂也表现优良的抗湿性、高的二氧化碳吸附速率、良好的选择性与容易再生性能。  3、将聚乙烯亚胺接枝到磁性四氧化三铁纳米粒子表面制备得到一种新型易回收的二氧化碳吸收材料。聚乙烯亚胺被选作主要的吸收剂,然后将其化学接枝到纳米四氧化三铁粒子表面就得到的聚乙烯亚胺修饰的纳米粒子。这种氨基功能化的纳米粒子可以稳定的分散在水中。改性接枝前后磁性纳米粒子都呈现超顺磁性并且可以在磁场中快速分离,这提供了一个节能的回收吸收剂的过程。吸收性能测试表明这种材料具有高的二氧化碳吸收性能、高的吸收率和良好的选择性。同时,这种纳米吸收剂也显示良好的循环稳定性和再生性能。
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