【正文】 備及評價 18 與水滑石前軀體相比，經(jīng)過高溫焙燒后，材料的衍射峰更加尖銳，對稱性更好，峰寬較窄，說明高溫焙燒驅(qū)動相變，促使結(jié)晶顆粒長大。 這主要是 隨著CO2吸附材料的制備及評價 17 Co 含量的增 加，水滑石前軀體的晶格畸變作用加劇，層板趨于不穩(wěn)定造成的，而前軀體的組成均勻性勢必會影響到焙燒后復(fù)合氧化物組分的分散性。將樣品 XRD 結(jié)果 與標(biāo)準(zhǔn) ASTM 標(biāo)準(zhǔn)衍射卡對比，如表 31所示， 可知合成的水滑石樣品具有典型的水滑石層狀結(jié)構(gòu)。 由圖 31 可見，三個相對衍射強(qiáng)度較大的特征 衍射峰在 2θ 為 11176。 吸附劑的表面改性對吸附性能的影響 以 K2CO3為前驅(qū)體，將 吸附性能較好的 MgAl、 NiMgAl 的水滑石前軀體及其復(fù)合氧化物粉末浸漬在含一定量的 K2CO3溶液 中 ， 140℃ 過夜干燥， 850℃ 焙燒 ， 即得到 鉀含量為 5%的負(fù)載 樣品 [14]，記為 KMgAl、 KNiMgAl。 實(shí)驗(yàn)以 水滑石前軀體為例，利用 美國 TA 公司 SDTQ600 型熱重 分析儀，將 一定量的水滑石樣品 置于陶瓷坩堝中， 在 N2保護(hù)下， 以 20℃/min的速率升溫至 1100℃ ，研究其失重 與溫度的變化關(guān)系 ， 來驗(yàn)證水滑石的結(jié)構(gòu)并確定制取水滑石衍生氧化物的 焙燒 溫度 。通過各主要的吸收峰來判斷樣品的主要成分，還可以通過 CO2吸附態(tài)的紅外譜圖分析研究吸附機(jī)理。 測試 條件： Cu 靶， Kα 射線， Ni 濾光片，光源波長 λ= nm ， 管壓 40kV，管電流 30mA， 掃描角度 5～ 70176。 同樣的方法制備了 （ A=Ca、 Zn、 Cu、 Ni、 Ba、 Ce、 Sr）水滑石及其衍生復(fù)合氧化物。 ，同時劇烈攪拌，滴畢繼續(xù)攪拌 20 分鐘 。 6H2O、 Mg(NO3)2178。6H 2O 分析純 汕頭市西隴化工廠 硝酸鈰 Ce(NO3)2178。6H 2O 分析純 汕頭市西隴化工廠 硝酸鋁 Al(NO3)2178。 二是初步探討 水滑石前 軀體及其衍生復(fù)合氧化物 低溫吸附 CO2的機(jī)理 和模型。為了最大程度避免成核階段和晶化階段的重疊。 ④ 成核 晶化隔離法 [12] 在普通的共沉淀方法中，由于反應(yīng)生成的水滑石粒子是逐漸生成的，從第一個晶粒開始形成到最后一個水滑石晶粒形成中間的間隔時間很長，一般要十幾個小時，因此必然導(dǎo)致所形成的水滑石顆粒大小不一。 和 . Rasid[11]在制備 Mg/Al 類水滑石混合物附著在沸石顆粒表面來吸附 CO2時，運(yùn)用恒定 pH 值法，將 pH 控制在 10。將稀釋的苛性堿溶液滴加到含有 Mg2+和 A13+離子的溶液CO2吸附材料的制備及評價 10 中，直到 pH 值為 10。目前，共沉淀法逐漸發(fā)展成多元化方向，包括變化 pH 值法 (又稱單滴法或高過飽和度 法 )、恒定 pH 值法 (又稱雙滴法或低過飽和度法 )、尿素法、成核 ― 晶化隔離法。因此人工合成性能優(yōu)良的水滑石材料是很有必要的，其制備方法有許多種，例如共沉淀法、焙 燒 ― 復(fù)原法、陰離子交換法、水熱法、溶劑 ― 凝膠法，其中以共沉淀法應(yīng)用最廣。 和 46176。 和 34176。水滑石類化合物的主體層板化學(xué)組成與其層板陽離子特性、層板電荷密度或者陰離子交換量、超分子插層結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān) 。 x 一般在 ~ 之間，即 M2+/M3+摩爾比介于 2~4 之間時能得到結(jié)構(gòu)完整的 LDHs。改性后樣品的吸附容量與嫁接氨基量幾乎成線性關(guān)系。它們具有下列共同特點(diǎn)：孔徑較大 (大于 2nm)，且孔徑分布很窄；易于合成，合成所用的試劑廉價；高的比表面積；規(guī)則的孔道，在納米尺度有序排列；具有無定形的孔壁，微觀形態(tài)孔壁原子呈無序排列。 介孔二氧化硅吸附劑 介于微孔與大孔二者之間的稱為介孔，早在 1971 年，有序介孔二氧化硅材料的合成研究就已經(jīng)開始，但當(dāng)時未得到人們的重視。 Obhapehko 等根據(jù)黏土礦物的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將其分為三類： ① 有膨脹晶格的層狀礦物，此類黏土有較豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面，有較好的吸附和離子交換能力，此類黏土的代表石蒙脫土。 黏土 黏土 (clay)是巖石經(jīng)風(fēng)化而形成的具有一定晶體結(jié)構(gòu)的天然礦物質(zhì)。一般來說，它們的比表面和孔容都較大，都具有 “ 活性 ” ，故稱為活性氧化鋁。另外沸石分子篩極性較強(qiáng)， 對水分的吸附很強(qiáng)烈，再生時能耗很大，且與 CO2形成競爭吸附，因此，更難應(yīng)用在煙道氣中。沸石分子篩有嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)和孔隙，具有強(qiáng)的吸附能力，可以將比孔徑小的物質(zhì)分子通過孔道窗口吸附到孔道內(nèi)部，比孔徑大的物質(zhì)分子則排斥在外面，其作用就像篩子一樣把大小不同的分子區(qū)分開來。Al 2O3178。另外活性炭纖維及其織物還還表現(xiàn)出很好的導(dǎo)電性。 ③ 可脫附再生性強(qiáng) [5]：脫附所需條件緩和，且速度快。如輕基、竣基、毅基、內(nèi)酯基等。 活性炭纖維 [4]中經(jīng)活化生成的空隙中 90%以上為微孔，這就為活性炭纖維提供了巨大的比表面積，一般達(dá)到 1000~3000m2/g，且微孔孔徑絕大部分相近。氣體活化法是把活性炭原料在非活性氣氛中加熱，通常在 700℃ 以下除去揮發(fā)組分以后，通入水蒸氣、二氧化碳、煙道氣、空氣等，并在 700~1200℃ 溫度范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)使其活化?；钚蕴渴且环N優(yōu)良的吸附劑，具有高的比表面積，通常為 900~2020m2/g，具有發(fā)達(dá)的不規(guī)則中孔及微孔，其孔徑在 102 105nm之間，具有非極性表面的疏水親油吸附劑，吸附容量很大，在燃?xì)獯鎯?、氣體分離、催化反應(yīng)等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。 吸附作用 [2]又稱吸著作用，是指在固相 ― 氣相、固相 ― 液相、固相 ― 固相、液相 ― 氣相、液相 ― 液相等體系中兩相交界面上物質(zhì)分子濃度自動發(fā)生變化 (與本體相 不同 )的現(xiàn)象。吸附劑可按孔徑大小、顆粒形狀、化學(xué)成分、表面極性等分類，如粗孔和細(xì)孔吸附劑，粉狀、 粒狀、條狀吸附劑，碳質(zhì)和氧化物吸附劑，極性和非極性吸附劑等。因此，開展 CO2吸附材料的制備和評價的研究工作在科研、經(jīng)濟(jì)、教育等多方面均具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。那將會犧牲我們的當(dāng)前良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢。目前，雖然已經(jīng)找到了很多有利用價值的 CO2吸附材料，并在 CO2吸附捕捉方面取得了一定的進(jìn)展，但是這些材料都還存在不經(jīng)如人意的地方，如吸附效率還有待提高，尤其是對于低濃度的 CO2，現(xiàn)有的吸附材料吸附效率還比較低，其次無機(jī)吸附材料受溫度的影響較大，吸附劑制備和使用的成本高也是阻礙其發(fā)展的因素之一，這些問題都還有存在進(jìn)一步的研究。另一 個方面是考慮到當(dāng)今世界仍然是以化石燃料為主要能源， CO2 的排放還不可避免，由此產(chǎn)生了這樣的一個思路，可以通過某種途徑將 CO2收集起來，儲存到地下煤層、廢棄的油井、海底，或者將收集到的 CO2用于化工生產(chǎn)和食品生產(chǎn)，可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也可用來強(qiáng)化采油以提高油井的出油率。另外，全球氣候變化導(dǎo)致臭氧濃度增加，低空中的臭氧是非常危險的污染物，會破壞人的肺部組織，引發(fā)哮喘或其他肺病。對于海洋和淡水生物系統(tǒng)，不斷升高的水溫以及相關(guān)的冰蓋、鹽度、含氧量和環(huán)流變化其造成了不同程度的影響，這些變化包括：范圍推移以及高緯度海洋中藻類、浮游生物和魚類的大量繁殖；高緯度和高山湖泊中藻類和浮游動物的大量繁殖；河流中魚類的活動范圍變化和提早洄游。自 1993年以來，海洋熱膨脹對海平面上升的預(yù)估貢獻(xiàn)率占所預(yù)計(jì)的各貢獻(xiàn)率之和的 57%，而冰川和冰帽的貢獻(xiàn)率則大約為 28%，其余的貢獻(xiàn)率則歸因于 極地冰蓋，海平面的上升威脅著一些低海拔國家與地區(qū)的安全，最著名的例子就是旅游勝地馬爾代夫深受海平面上升之害，已經(jīng)著手準(zhǔn)備舉國遷移。 過去十年的 CO2濃度年增長率 (19952020)年平均值為每年 ，大于從直接和連續(xù)的大氣觀測開始以來 (19602020年平均值：每年 )的濃度的年均增加值。溫室氣體主要是二氧化碳、 氯氟烴 （ CFC）、 甲烷 、低空 臭氧 、和 氮氧化物 等氣體，其中 CO2是最重要的人為溫室氣體，在 1970年至 2020年期間， CO2年排放量已經(jīng)增加了大約 80%，從 210億噸增加到 380億噸，在 2020年已占到人為溫室氣體排放總量的 77%。大氣能使太陽短波輻射到達(dá)地面，但 地表 向外放出的長波熱輻射線卻被大氣吸收，這樣就使地表與低層大氣溫度增高。 38 CO2吸附材料的制備及評價 1 第一章 前 言 引言 全球氣候變化已經(jīng)成為被公認(rèn)為人類迄今面臨的最重大環(huán)境問題，也是 21世紀(jì)人類面臨的最復(fù)雜挑戰(zhàn)之一 。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 35 致 謝 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 19 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 16 XRD分析 178。178。178。 16 水滑石前軀體及其衍生氧化物的表征分析 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 13 X射線衍射技術(shù)（ XRD） 178。178。178。178。178。 13 吸附劑的表征分析方法 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 12 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 8 本課題的研究重點(diǎn) 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 5 活性氧化鋁 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 3 當(dāng)前主要 CO2吸附材料的介紹 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 VI 第一章 前 言 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 除了含 Ce 樣品外， 所有 水滑石 前驅(qū)物樣品均能形成水滑石層狀結(jié) 構(gòu)， 經(jīng) 850℃ 焙燒 4h后形成了以尖晶石 (CoAl2O4)為主相的復(fù)合氧化物 ； 在低溫條件下，二元水滑石的吸附性能優(yōu)于三元水滑石 ； 在所制備的樣品中， 的吸附能力最大，達(dá)到 %； 負(fù)載鉀離子對于復(fù)合氧化物的吸附性能有顯著的提升 ； 低溫吸附主要以物理吸附為主要形式。 任務(wù)書審定日期 年 月 日 系（教研室）主任（簽字） 任務(wù)書批準(zhǔn)日期 年 月 日 教學(xué)院（系、部）院長（簽字） 任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師（簽字） 計(jì)劃完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽字） CO2吸附材料的制備及評價 IV 摘 要 采用共沉淀法 ， 制備不同 xCoMgAl([Co2++Mg2+]/Al3+=， x=0、 、 、 、 、 )系列水滑石前驅(qū) 物 及其 相應(yīng)衍生復(fù)合氧化物 ， 和 （ A=Ca、Zn、 Cu、 Ni、 Ba、 Ce、 Sr）水滑石前軀體及其相應(yīng)的衍生復(fù)合氧化物， 用于 低溫（ 60℃ ）CO2吸附材料的研究。 任務(wù)與要求： 1. 制備不同配比系列水滑石衍生物并進(jìn)行表征分析； 2. 通過 TG技術(shù)，對系列水滑石衍生物的 CO2吸附性能和再生性能進(jìn)行評價； 3. 借助 situIR對系列水滑石衍生物的吸附機(jī)理和脫附機(jī)理進(jìn)行初步分析。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它 教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。通過實(shí)驗(yàn)研究可提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和解決問題的能力，提高學(xué)生的綜合能力、科研水平和創(chuàng)新意識。 第 1 周 校內(nèi)外文獻(xiàn)查閱，撰寫文獻(xiàn)綜述； 第 2 周 翻譯與本題目有關(guān)英文資料，撰寫開題報(bào)告； 第 3 周 學(xué)習(xí) TG和 FTIR 儀器的使用和操作； 第 45周 水滑石系列吸附劑的制備和表征分析； 第 69周 系列吸附劑的 CO2吸附性能和再生性能評價試驗(yàn)； 第 1012 周 使用 situIR技術(shù)對吸附和再生機(jī)理進(jìn)行測試，并根據(jù)文獻(xiàn)，分析推導(dǎo)反應(yīng)機(jī)理； 第 13 周 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn) ； 第 14 周 撰寫論文； 第 15 周 整理資料，根據(jù)指導(dǎo)教師意見修改論文；根據(jù)評閱教師意見，進(jìn)一步修改論文，制作幻燈片，準(zhǔn)備答辯； 第 16 周 答辯。通過復(fù)合氧化物上 CO2吸附態(tài)的紅外 光譜 對其吸附機(jī)理做初步的研究。178。178。178。178。178。178。178。 IV Abstract 178。178。178。178。178。178。178。178。17