【正文】 st absorption performance which reaches %. Potassium loaded on mixed oxides make an obvious improvement on absorption mode of Physical adsorption is the majority in lowtemperature circumstance. CO2吸附材料的制備及評價 VI Key words: hydrotalcitelike pounds, mixed oxides, adsorbent, CO2 目 錄 摘 要 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 IV Abstract 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 V 目 錄 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。 1 引言 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 1 研究 CO2吸附劑的意義 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。 4 活性炭類吸附劑 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 4 沸 石分子篩 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 6 黏土 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 6 介孔二氧化硅吸附劑 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 7 水滑石類化合物（ LDHs) 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。 12 實驗藥品 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 12 水滑石及其生復(fù)合氧化物的制備 178。178。178。178。178。178。178。178。 13 制備方法 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。178。178。178。178。 13 傅立葉紅外光譜分析（ FTIR） 178。178。178。178。178。178。178。178。 14 熱重分析技術(shù)（ TGA） 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 14 CO2吸附材料的制備及評價 VII 吸附劑性能的評價方法 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 14 水滑石前軀體及其衍生復(fù)合氧化物的對 CO2吸脫性能測試 178。178。178。 14 吸附劑的表面改性對吸附性能的影響 178。178。178。178。178。178。178。 15 吸附效率的計算 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 15 第三章 實驗結(jié)果與討論 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。 16 FTIR譜圖分析與討論 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 22 水滑石前軀體及其衍生復(fù)合氧化物的吸附機理的探索 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 28 178。178。178。178。 29 脫附性能 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 31 鉀離子對衍生復(fù)合氧化物吸附性能的影響 178。178。178。178。178。178。 31 負載鉀離子的衍生復(fù)合氧化物的紅外譜圖分析 178。178。178。178。178。 31 負載鉀離子的衍生復(fù)合氧化物的吸附態(tài)紅外光譜分析 178。178。178。178。 32 負載鉀離子的衍生復(fù)合氧化物吸附性能的評價 178。178。178。178。178。 33 第四章 結(jié)論與建議 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。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 已經(jīng)引 起各個國家和地區(qū)的政府，組織和人們廣泛關(guān)注和重視。 造成全球氣候變化的主要原因是溫 室效應(yīng)， 又稱 “ 花房效應(yīng) ” ，是 大氣保溫效應(yīng) 的俗稱。溫室效應(yīng)本是地球正常的活動，用來保證地球的生物不至于地球表面溫度過低而無法生存。是大氣溫度顯著升高，對地球的理化環(huán)境造成的諸多不利的影響。在最近的一個十年期 (19952020年 )， CO2當(dāng)量排放的增加速率 (每年 CO2當(dāng)量 )比前一個時期 (19701994年 )的排放速率 (每年 CO2當(dāng)量 )高得多。據(jù)測算 [1]，空氣中的 CO2濃度由工業(yè)革命前的 280ppm上升到 2020年的369ppm。預(yù)計到 2100年，空氣中的 CO2濃度將達到創(chuàng)紀(jì)錄的 550ppm。 導(dǎo)致兩極的冰川加速融化， 自 1961年以來，全球平均海平面上升的平均速率為每年 CO2吸附材料的制備及評價 2 毫米（ ），而從 1993年以來平均速率為每年 （ ），除了冰川、冰帽和極地冰蓋的融化為海平面上升做出了貢獻外，海洋熱膨脹也是海平面上升的原因之一，自 1961年以來的觀測表明，全球海洋平均溫度升高已延伸到至少 3000米的深度，海洋已經(jīng)并且正在吸收氣候系統(tǒng)增加熱量的 80%以上。 其次，全球氣溫變化直接影響全球的水循環(huán)，降水重新分布，尤其是中高緯度地區(qū)降水增加，對北半球較高緯度地區(qū)農(nóng)業(yè)和林業(yè)管理的影響，如：農(nóng)作物春播提前，以及由于林火和蟲害造成森林干擾體系變更。根據(jù) 20世紀(jì) 80年代初以來的衛(wèi)星觀測 ，在許多區(qū)域春季已出現(xiàn)植被 “ 返青 ” 提前的趨勢，這與近期變暖而使生長季節(jié)延長有關(guān)。這些影響結(jié)果歸結(jié)在一起，就是 全球氣候變暖影響和破壞了生物鏈、食物鏈，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到破壞，生物生活習(xí)性被迫發(fā)生改變，最終導(dǎo)致生物物種的滅絕，生物多樣性銳減，最終導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)的崩潰 。這些不利的影響 每年都會奪去很多人的生命，其中又以新生兒和老人的危險性最大。氣溫的上 升還使得局部地區(qū)人類的傳承了幾千年的生活方式被迫發(fā)生改變，如 對北極地區(qū)人類冰雪上的狩獵和旅行活動的影響，以及對低海拔高山地區(qū)的某些人類活CO2吸附材料的制備及評價 3 動 (如山地運動 )的造成影響。 為了防止 CO2的繼續(xù)過量的排放，避免溫室效應(yīng)進一步加劇，世界各國政府，組織和院校做了大量的探索和研究工作，當(dāng)前公認的主要解決方法有兩個方向，一個是清潔能源的開發(fā)，可以做到 CO2零排放，從根本上解決溫室氣體過量排放對環(huán)境的影響。這些減少CO2排放的途徑，受到了世界上許多政府、組織和院校的關(guān)注與支持。關(guān)鍵是在于找到吸附效率高，可再生的環(huán)境友好型 CO2吸附材料，大量的人 力物力都入到了這方面的科技創(chuàng)新。 我國作為世界上最大的 CO2的排放國，但是作為一個責(zé)任的大國，在剛剛結(jié)束的哥本哈根召開 聯(lián)合國 氣候會議上，我國明確對外宣布 到 2020 年 GDP 的 CO2排放強度下降 40%~45%， 減排壓力很大。很明顯僅僅從減少能源消耗，來減少碳排放是不明智的，也是不合理的。 CO2 捕捉被公認為是有效解決這一問題的合理途徑。同時能夠 促進我國低碳經(jīng)濟的發(fā)展。 CO2吸附材料的制備及評價 4 當(dāng)前主要 CO2吸附 材料 的介紹 吸附劑和吸附作用 任何具有吸附作用的物質(zhì)都可以叫做吸附劑，但一般是把能吸附氣體或液體的物質(zhì)叫做吸附劑。制造方便，容易再生；有良好的機械強度等。常用的吸附劑有以碳質(zhì)為原料的各種活性炭吸附劑和金屬、非金屬氧化物類吸附劑 (如硅膠、氧化鋁、分子篩、天然黏土等 )。用于濾除毒氣，精煉石油和植物油，防止病毒和霉菌，回收天然氣中的汽油以及食糖和其他帶色物質(zhì)脫色等。吸附分離是基于氣體與吸附劑表面上活性點之間的分子間引力來實現(xiàn)的。 活性炭類吸附劑 活性炭類吸附劑包括活性炭和活性碳纖維兩種，其中活性炭又可以分為粉狀活性炭（ PAC）和粒狀活性炭（ GAC）兩類，而活性碳纖維是繼 PAC 和 GAC 之后的第三代活性炭產(chǎn)品 （ AC） 活性炭是由木炭、果殼、煤等含碳原 料經(jīng)炭化、活化后制成。作為 CO2的吸附劑，活性炭在常溫下吸附性能優(yōu)良，但由于是物理吸附，溫度升高時其吸附性能下降很快，難以應(yīng)用在煙道氣中 CO2的富集領(lǐng)域。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學(xué)藥品，在非活性氣 氛中加熱進行炭化和活化?；钚蕴亢泻芏嗝毧讟?gòu)造所以具有優(yōu)異的吸附能力。根據(jù)吸附行為特征，吸附分離功能纖維還包括化學(xué)吸附纖維（離子交換纖維、鰲合纖維 )、氧化還原纖維，以及中空纖維膜等幾類。活性炭纖維的孔結(jié)構(gòu)特點是，沒有過渡孔和大孔 (按 IUPAC 分類， 2nm 以下的孔為微孔，2~50nm 為中孔， 50nm 以上為大孔 )，孔徑分布狹窄而均勻，在零點幾納米至幾納米范圍內(nèi)，而且孔是單分散?；?性炭纖維的表面有一系列活性官能團，主要是含氧官能團。有的活性炭纖維還含有胺基、亞胺基及琉基等官能團。 ② 吸附脫附速度快：對氣體的吸附一般能在數(shù)十秒或幾分鐘達到平衡。用 10%的 NaOH溶液再生吸附飽和的活性炭纖維，試驗表明，吸附容量幾乎不變，再生后的活性炭纖維幾乎無損 失。 活性碳纖維憑借其優(yōu)良的吸附特性，被廣泛應(yīng)用在空氣凈化，如減少空氣中臭氧、煙氣對人體的危害；溶劑回收；水的凈化；可制成防輻射用品、服裝等；用于生理用品、蔬菜水果保鮮等，許多應(yīng)用方面還有待于進一步的開發(fā)。 沸石分子篩 CO2吸附材料的制備及評價 6 沸石分子篩 [6]是天然或人工合成的含堿金屬或堿土金屬氧化物的結(jié)晶硅鋁酸鹽，以 SiO2和 A12O3為 主要成分，是一類具有一定骨架結(jié)構(gòu)的微孔晶體材料。其化學(xué)組成通式為： [M2+(Ⅰ)M (Ⅱ)]O178。nSiO 2178。沸石分子篩是優(yōu)良的吸附劑，對于直徑、形狀、極性、不飽和度等不同的分子有選擇性吸附能力。根據(jù)分子篩晶型和組成的硅鋁比 (即 SiO2與 A12O3的摩爾比， m)不同，可分為 A、 X、 L、 Y型分子篩。沸石分子篩吸附 CO2也屬于物理吸附，溫度升高時很難滿中實際需要。 活性氧化鋁 作為吸附劑的氧化鋁，通常稱為活性氧化鋁 (activated aluminum oxide)，是由氫氧化鋁在脫水溫度不超過 600 ℃ 時鍛燒得到的產(chǎn)品。nH 2O（ 0n )表示。狹義上活性氧化鋁特指 γ相氧化鋁 [7]。氧化鋁表面羥基濃度是常見金屬和非金屬氧化物中 (如硅膠、氧化鋅、二氧化鈦、三氧化二鐵等 )最高的，極性氣體在三氧化二鋁的毛細孔中發(fā)生毛細凝結(jié)，可大大提高吸附量，并使等溫吸附線表現(xiàn)為 Ⅱ 型。黏土的成CO2吸附材料的制備及評價 7 分和結(jié)構(gòu)都十分的復(fù)雜，其中有些較大的比表面和孔隙結(jié)構(gòu)，可認為天然吸附劑和離子交換劑。黏土礦物的分類沒有統(tǒng)一規(guī)則。 ② 有纖維狀層帶晶體結(jié)構(gòu)的礦物，此類黏土微孔較少，為提高其吸附能力需進行活化，代表性黏土有海泡石 (sepiolite)、石棉 (mountain cork)、凹凸棒土 (attapulgite)等。代 表品種有高嶺土，滑石、葉蠟石等。直到 1992 年， Mobile 公司 M41S系列介孔材料的合成報道才使有序介孔材料得到了人們的廣泛關(guān)注，并被認為是有序介孔材料的真正開始。合成 MCM41， SBA16 類有序介孔材料的核心思想是利用表面活性劑在溶液中形成的超分子結(jié)構(gòu)為模板，通過溶膠與凝膠過 程，在無機與有機之間的界面引導(dǎo)力作用下，自組裝成有序介孔材料。 圖 6 SBA16結(jié)構(gòu)示意圖 但前面所提到的吸附劑的吸附溫度較低，一般都在室溫下進行，而在實際應(yīng)用CO2吸附材料的制備及評價 8 中，煙道氣經(jīng)過脫硫后溫度一般在 60℃ 左右，且含有大量的水蒸汽及脫硫后也還殘留少量 SO2，這些條件都大大降低了吸附劑的吸附活性，增加了再生成本，從而限制了其吸附 分離 CO2 的發(fā)展和應(yīng)用。顆粒粒徑在 mm 之間的 SBA16(經(jīng)過水化的樣品 )經(jīng)過改性后具有最大的吸附容量，約為 mmol/g (600℃) ，是未改性 SBA16的18倍。兩者之間的關(guān)系為： Y= 其中， Y 為吸附容量 m mol/g； X為嫁接的氨基量 mmolN/g。mH 2O，其中