活性炭改性及其吸附CO2/H2O性能研究
工业革命以来，地球温度变化呈明显上升趋势，减缓全球变暖已经变得迫在眉睫。化石燃料引起碳排放量的增加是全球变暖的主要原因，因此，捕集CO2是目前国内外广泛关注的热点，许多捕集工业废气中CO2的新技术、新方法被提出和发展。但这些技术和方法主要是针对干燥工业废气中CO2的捕集，而实际的工业废气成分复杂，通常含有大量的水蒸气，活性炭、沸石分子筛等传统CO2吸附剂无法直接在这种高湿环境下应用。因此，研制适用于高湿环境下的捕集CO2的新型吸附材料具有重要意义。 活性炭是变压吸附分离CO2过程中的常用吸附剂，但水蒸气存在的情况下，活性炭对CO2的吸附能力大大减弱，而工业废气中一般都含有10％左右的水蒸气，因此大大限制了活性炭在高湿环境下的应用。针对这一瓶颈问题，本文对活性炭表面进行改性，使其表面疏水，从而制得适于捕集高湿CO2的吸附剂。 首先，以活性炭为载体、聚乙烯亚胺(PEI)为表面活性剂，合成了一种新型的吸附剂。通过多种手段的结构表征和性能测试对所合成吸附剂进行了优选，测试结果表明:所合成的吸附剂仍然很好地保留了活性炭的结构;所合成的吸附剂对CO2的吸附量随PEI担载量的增加，呈先升高后降低的趋势，当担载量为40％时，吸附量达到最大，为1.02mmol/g;活性炭改性后对H2O吸附能力显著降低，且对H2O的吸附量随PEI担载量的增加而减小，当担载量为40％时，产物对H2O的吸附量为0.79mmol/g，较改性前降低了50％，故改性后活性炭对CO2吸附量明显增加的同时，疏水性能也得到明显改善。 然后，以resol型酚醛树脂为前驱体，F127为软模板，采用溶剂蒸发诱导自组装法合成了有序介孔活性炭。采用扫描电镜、比表面及孔径分析仪、X射线衍射、红外光谱分析等方法，对制备的介孔活性炭的表面物化性能进行表征，从而得到最佳的制备介孔活性炭的工艺。 最后，利用PEI对优选后的介孔活性炭进行表面改性，并利用CO2吸附性能实验，研究了CO2在改性活性炭上的吸附平衡过程，研究结果表明，介孔活性炭改性后，对CO2的吸附量大幅度增加。
工业废气;活性炭;改性处理;二氧化碳;吸附性能
东北大学
硕士
热能工程
杜涛
2014
中文
TQ424.1;X701
65
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）