胺功能化介孔分子筛的烟气CO2吸附研究
CO2是重要的温室气体，大量排放CO2引起的温室效应对全球气候造成了诸多不利影响。以煤炭为燃料的电厂是CO2的重要排放源之一。研究CO2分离与回收技术，实现燃煤电厂烟气中CO2脱除，对于缓解全球气候变化具有重要意义。吸附操作是一种燃烧后CO2的捕获技术，具有广阔的应用前景，其中胺功能化介孔分子筛吸附技术已成为当今学术界研究的热点。本文采用有机胺对介孔材料进行表面功能化修饰，制备CO2吸附剂，通过固定床吸附柱对吸附剂的CO2吸附性能进行研究。 1.选择具有闭合型孔道结构的MCM-41、SBA-15及开放型孔道结构的CMK-3等介孔材料作为载体，研究了五乙烯六胺(PEHA)修饰MCM-41、SBA-15和CMK-3的CO2吸附性能。研究表明，以CMK-3为载体制得的吸附剂对CO2吸附量最低，以具有闭合型圆柱孔道且孔径较大的SBA-15为载体制得的吸附剂具有相对较高的CO2吸附性能。系统研究了PEHA修饰SBA-15的CO2吸附性能，研究表明，胺功能化SBA-15吸附剂保持了原有结构，比表面积和孔体积随胺负载量的增加而减小。随温度升高，吸附剂的CO2吸附量先升高再下降，80℃左右为最优操作温度;随PEHA负载量增加，单位质量吸附剂的CO2吸附量升高，而以单位质量PEHA计算的CO2吸附量呈下降趋势;CO2实测吸附量随床层高度增加而减小，而CO2穿透吸附量随高度的增加显示出先升高再下降的趋势。结合吸附过程中CO2在床层中的浓度分布情况，分析了CO2的实测吸附量和穿透吸附量随床层高度的变化原因;循环实验中吸附剂的吸附-脱附再生性能稳定。 2.研究了PEHA功能化SBA-15吸附剂的结构及物性表征并深入探讨吸附机理。通过对胺负载情况的分析，建立了一种吸附模型，该模型同时描述了有机胺在介孔分子筛的孔道内部和吸附剂颗粒表面上的分布情况，解释了胺负载量及操作温度与吸附剂的CO2吸附性能之间的影响变化关系。 3.研究了PEHA、四乙烯五胺(TEPA)、三乙烯四胺(TETA)、聚乙烯亚胺(PEI)和三乙醇胺(TEA)等多种有机胺功能化SBA-15的CO2吸附性能，发现负载TEA的吸附剂在干气条件下几乎不吸附CO2;负载TETA的吸附剂具有最高的CO2吸附量，但吸附-脱附再生性能不稳定;负载PEHA、TEPA和PEI三种胺的吸附剂具有良好的CO2吸附性能，且吸附-脱附再生性能稳定。综合比较后，负载TEPA的SBA-15吸附剂性能最优，即同时具有较高的实测吸附量和穿透吸附量以及稳定的再生性能。 4.设计串联固定床吸附体系，对一体化双吸附流程分步脱除模拟烟气中SO2和CO2的新方法进行了工艺尝试及性能探索。首先以SO2和N2的混合气作为模拟烟气，研究了TEA功能化SBA-15吸附剂对SO2的吸附性能，表明温度升高，SO2的吸附性能降低;增加吸附剂的床层高度，SO2的吸附性能随之提升，当床层高度大于16 mm，吸附剂对SO2的穿透吸附量几乎保持不变;TEA负载SBA-15吸附剂的再生性能稳定。然后以CO2、SO2和N2的混合气作为模拟烟气，以TEA功能化SBA-15为SO2吸附剂，以TEPA功能化SBA-15为CO2吸附剂，进行一体化双吸附流程分步脱除SO2和CO2的实验研究，结果显示一体化串联吸附体系可分步脱除模拟烟气中的SO2和CO2，且吸附-脱附再生性能稳定。这一研究结果是双吸附流程分步脱除模拟烟气中SO2和CO2方法的一次成功尝试。
胺功能化介孔材料;制备工艺;烟气处理;二氧化碳;吸附性能
北京化工大学
博士
化学工程与技术
高正明;王运东
2017
中文
TQ424
136
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）