掺氮多孔碳球的制备及其对CO2吸附性能研究

来源 :郑州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hjuns2002
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具有较大比表面积和大量微孔的碳材料可为CO2提供储存空间,在CO2的吸附方面受到广泛关注。但单一的碳材料表面活性位较少,存在表面缺陷,限制了其吸附应用,而在碳材料中掺杂的氮元素可为材料提供碱性位,使材料与CO2形成较强的相互作用,提高吸附能力。本论文以不同氮源合成的含氮聚合物为前驱体制备不同含氮量的掺氮多孔碳球,并研究其对CO2/N2混合气中CO2的吸附性能。  分别以酚醛树脂微球和含氮聚合物微球为前驱体制备不含氮的微孔碳球NMCS和掺氮微孔碳球NMCS-Urea-3及NMCS-Urea-6。采用N2吸附/脱附等温线、傅里叶红外光谱、扫描电镜、X射线衍射和元素分析等表征手段对其进行分析。结果表明NMCS,NMCS-Urea-3和NMCS-Urea-6均为球形纳米颗粒,粒径大小分别为767 nm,575 nm和480 nm;比表面积分别为653.588 m2/g,627.596 m2/g和662.055 m2/g,总孔容分别为0.287 cm3/g,0.379 cm3/g和0.289 cm3/g,最可几孔径分别为1.758 nm,2.414 nm和1.743 nm。NMCS-Urea-3和NMCS-Urea-6的含氮量分别为2.680 wt%和3.296 wt%。分别以NMCS,NMCS-Urea-3和NMCS-Urea-6为吸附剂对CO2/N2混合气中的CO2进行常压下的动态吸附研究。研究结果表明:随着尿素加入量的增大,穿透时间和吸附能力均先增加后减小;当尿素与间苯二酚的摩尔比为3:1时所制备的碳材料对CO2的吸附效果最好。通过掺氮微孔碳球NMCS-Urea-3在不同温度下对CO2的动态吸附研究表明,在接近室温时,该材料对CO2的吸附性能较好。  分别以合成的酚醛胺聚合物微球NPS-Melamine和NPS-DCD为前驱体制备掺氮多孔碳球NPCS-Melamine和NPCS-DCD。采用N2吸附/脱附等温线、傅里叶红外光谱、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和元素分析等表征对样品进行分析。结果表明,NPCS-DCD具有核-壳式结构,NPCS-Melamine和NPCS-DCD均为球形颗粒,粒径分别767 nm和433 nm;最可几孔径分别为2.084 nm和1.959 nm,比表面积分别为680.158 m2/g和696.161 m2/g,总孔容分别为0.354 cm3/g和0.341 cm3/g;二者的含氮量分别为3.353 wt%和2.315 wt%。分别以掺氮多孔碳球NPCS-Melamine和NPCS-DCD为吸附剂对CO2在不同温度下进行动态吸附实验,结果表明随着吸附温度的升高,得到的穿透时间及吸附效果均先增加后减小,均在25℃出现了最佳吸附效果。且在不同温度下,NPCS-DCD对二氧化碳的吸附效果均优于NPCS-Melamine对CO2的吸附。
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