B掺杂介孔C/SiO2复合材料的自组装法合成及其CO2吸附性能

采用溶胶-凝胶结合协同自组装法,以三嵌段共聚物F127为模板剂,以正硅酸乙酯为硅源,以酚醛树脂为碳源,改变硼酸三异丙酯硼源的投料量,制备了一系列具有丰富介孔结构的新型B掺杂介孔C/SiO₂复合材料(BC/SiO₂),研究B的掺杂量对BC/SiO₂复合材料CO₂吸附性能的影响,采用3种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich和DSL)分别对CO₂等温吸附曲线进行拟合分析。结果表明:BC/SiO₂复合材料呈球形,且具有较高的比表面积和均一的孔径分布;在BC/SiO₂复合材料中,大部分B原子已被均匀掺入到碳骨架中,从而产生极性位点;BC/SiO₂复合材料对CO₂的吸附能力不仅与材料比表面积大小有关,同时也与B掺杂所产生极性位点数量相关;B掺杂的BC/SiO₂复合材料对CO₂分子存在2种不同强弱的吸附位点,CO₂吸附等温线符合DSL等温吸附模型。     

CO2和CH4在3种分子筛中的静态吸附实验

采用静态容积法分别测量CO₂和CH₄在 5A、13X 和13X-APG 沸石分子筛上的单组份等温吸附曲线,探究了吸附温度和吸附压力对吸附量的影响.实验结果表明,降低吸附温度和增加实验压力会增大吸附剂对CO₂和CH₄的吸附量,3种沸石分子筛对CO₂的吸附量均比对CH₄的大,-30 ℃时CO₂和CH₄在3种吸附剂上的饱和吸附量都最高,CO₂分别为4.94,6.52,6.35 mmol/g,CH₄的分别为3.00,3.25,3.79 mmol/g.13X-APG沸石分子筛经200 ℃、180 min加热再生后的吸附效果较好,能满足吸附剂再生要求.     

基于动态吸附的X型沸石对CO2/CH4分离性能实验

吸附法是可替代高能耗天然气脱碳工艺的重要技术之一,高效吸附剂是高压低含CO₂的天然气脱碳的关键。以13X与一种改进工艺后制备的X型沸石(PIMX)为吸附剂,通过多种表征手段和室内动态吸附实验,探究材料物理化学特性及不同工艺参数对CO₂/CH₄分离性能的影响,并以实际介质压缩天然气为原料气进行现场中试实验。结果表明：PIMX的c(Si)/c(Al)低、比表面积与孔隙体积大,对高压低含CO₂混合气的分离性能优于13X;CO₂在沸石微孔内扩散速度低于CH₄,但CO₂与沸石相互作用强,延长混合气与沸石的接触时间有利于CO₂/CH₄的分离;中试实验一定程度上验证了室内实验结果,CO₂出口物质的量分数为0.005%时PIMX在室内实验与中试实验中的CO₂吸附量分别为2.75和2.58 mmol/g。     

立式径向流吸附器传热传质过程模拟研究

为了揭示立式径向流吸附器吸附层内CO₂和H₂O竞相吸附的传热传质规律,基于已有的氧化铝和分子筛的CO₂和H₂O的吸附实验数据,采用计算流体动力学（CFD）技术对吸附层的CO₂和H₂O的二元吸附过程进行研究,建立了吸附层内CO₂和H₂O竞相吸附的传热传质数学模型,分析了流动均匀性和吸附性能的关系,同时对比了4种结构吸附器的吸附性能。结果表明：吸附过程中流动均匀性是反映吸附器内流场分布的参数,与吸附性能变化规律相近,且可侧面反映立式径向流吸附器的吸附剂利用率和吸附性能;向心Z型的吸附器其CO₂与H₂O穿透区域不同,其他3种结构的CO₂与H₂O穿透区域相同;向心π型的吸附器其CO₂穿透区域和主要吸附区域为进气侧吸附层区域,其他3种结构为与进气侧相对的吸附层区域;吸附器性能方面,离心π型的性能最好,压降相对于向心...     

Mg-MOF-74对CO2/CH4吸附分离的分子动力学模拟及气体吸附性能研究

天然气是一种环保型能源并且可被广泛用做化工原料，但是其中的CO₂会严重影响天然气的热值与输送性能，因此对天然气中的CO₂进行有效脱除尤为重要。选用Mg-MOF-74作为吸附剂，采用分子动力学模拟计算方法分析Mg-MOF-74对CO₂/CH₄吸附分离性能的影响。模拟计算结果显示，在一定的温度、压强条件下，CO₂比CH₄更容易与Mg-MOF-74的金属位点相结合，Mg-MOF-74对CO₂气体的相互作用力更强，从而证明Mg-MOF-74对CO₂的吸附能力也更好。为验证模拟结果的准确性，制备了Mg-MOF-74并测试了其CO₂/CH₄吸附性能，实验结果与模拟结果一致，证明Mg-MOF-74对CO₂有很高的选择性。     

功能化金属有机骨架材料中CO2/N2吸附分离的理论研究

金属有机骨架材料作为高比表面积、高孔隙率以及孔径尺寸可调的多孔材料,是一种极具潜力的CO₂物理吸附剂。本文构建了-H、-F、-Cl、-NH2官能团功能化修饰的金属有机骨架kgm-1结构,通过巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了不同压强下功能化修饰的金属有机骨架中CO₂/N2吸附与分离行为,结果发现:CO₂和N₂的吸附量随着压强的升高而增加,功能化修饰对CO₂吸附量的影响明显大于对N2吸附量的影响。在kgm-1-H、kgm-1-F、kgm-1-Cl、kgm-1-NH₂四种构型中,-F修饰可以显著提高kgm-1的CO₂吸附量,并提高CO₂/N2的选择吸附比;功能化修饰后的选择性顺序遵循kgm-1-F> kgm-1-H> kgm-1-Cl>kgm-1-NH₂。通过气体分子-骨架间的相互作用力分析发现,骨架材料吸附气体分子主要是依靠骨架-气体分子间范德华力,极性官能团的引入明显提高了气体分...     

含介孔结构ZSM-5沸石分子筛的制备及其催化应用

先以硅烷偶联剂3 氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）为软模板剂, 用软模板法制备含介孔结构的ZSM-5沸石分子筛; 然后用Fourier变换红外光谱(FT-IR)、 X射线衍射(XRD)、 N₂吸附脱附及透射电镜(TEM)等方法对制备的样品进行表征, 考察APTES添加量对合成样品孔结构的影响; 最后用模型反应苯酚分析其酸催化性能.     

CO2在页岩储层中的绝对吸附量及其影响因素分析

准确测定页岩对CO₂的吸附能力是研究页岩能否长期稳定封存CO₂以及评价注CO₂提高页岩油气采收率的关键。基于质量守恒原理,在考虑CO₂吸附相体积对吸附系统自由空间体积影响的基础上,推导了绝对吸附量与吉布斯吸附量之间的转换关系式。并通过开展重量法等温吸附实验,研究了黏土矿物含量、CO₂注入压力、相态类型、温度和页岩颗粒粒径对CO₂吸附量的影响。实验结果表明,液态CO₂比气态和超临界态具有更高的吸附量,且CO₂吸附量随注入压力的增加先快速增大后趋于稳定,随温度的升高而降低,但受颗粒粒径影响较小。CO₂绝对吸附量大于吉布斯吸附量,两者差值随页岩黏土矿物含量和页岩颗粒粒径的增加而增大,随储层温度的升高而降低,随CO₂注入压力的增加先增大后减小。当CO₂为液态时两者差值最大,其次为超临界和气态。目标区页岩CO₂吸附能力与已成功实施封存的...     

金属有机框架材料MIL-126(Fe)对C3H8/C3H6反转吸附分离性能研究

【目的】丙烯(C₃H₆)是一种重要的烯烃原料，在实际生产中去除其中的丙烷(C₃H₈)杂质非常重要。金属有机框架材料(metal-organic frameworks, MOFs)对于C₃H₆和C₃H₈的分离纯化有着极大的前景，其中C₃H₈选择性吸附剂可一步获得高纯C₃H₆产物，有着极高的工业价值。MIL-126(Fe)由于富含的低极性苯环提供了密集的电负性结合位点，对于烷烃的优先吸附有很大潜力。【方法】采用溶剂热法合成了MIL-126(Fe),对其稳定性及C₃H₈/C₃H₆吸附分离性能进行了研究。【结果】MIL-126(Fe)有优异的稳定性；298 K和1 bar下C₃H₈吸附量为185.37 c...     

地质聚合物管状无机膜固定化碳酸酐酶用于CO2捕获

为了研究多孔材料对酶固定化性能的影响,提出了一种以地质聚合物管状无机膜为载体的新型酶固定化策略。利用该膜材料介孔中存在的大量硅羟基和铝羟基结构,采用戊二醛交联法成功地将碳酸酐酶负载到该无机介孔膜中。固定化实验结果表明：固定化酶复合膜的酶活性回收率可达63.7%。在稳定性测试中,该膜在连续使用30次后保持了67.8%的相对活性,在4℃下保存60 d后保持了52.0%的相对活性。在CO₂捕集试验中,CO₂捕集效率在固定化酶复合膜催化下提高了5.6倍。     

高内相乳液模板法制备石墨烯/聚苯乙烯多孔复合材料

基于高内相乳液模板法制备的多孔复合材料具有可控的孔结构、比表面积大、吸附效率高等优点.以苯乙烯(St)为单体、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,选用石墨烯纳米粒子和Span 80协同稳定乳液,通过高内相乳液模板法制备得到具有一定机械强度的石墨烯/聚苯乙烯(PS)多孔复合材料,并对该多孔材料的形貌与性能进行表征.结果表明:通过高内相乳液模板法制备得到的石墨烯/PS多孔复合材料的孔径大小为5～10μm,且随着石墨烯含量的增加,孔径有明显的变大趋势;当石墨烯/苯乙烯质量比为0.2/100时,机械性能最优,压缩强度最大可达4.09 MPa.通过对石墨烯纳米粒子添加量的调整,可实现对复合材料孔结构和机械性能的调控.该多孔复合材料可吸附多种有机物,其中对氯仿的最大吸附量可达到自重的16倍,是一种有效的吸附分离材料.     

阿特拉津分子印迹聚合物微球的制备及表征

以阿特拉津（Atrazine）为模板分子,甲基丙烯酸（MAA）为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）为交联剂,采用沉淀聚合法制备了粒径约210nm的阿特拉津纳米分子印迹聚合物（MIPs）微球.采用紫外分光光度法确定了模板分子与功能单体的最佳物质的量比为1:4.Scatchard分析表明,分子印迹聚合物纳米微球存在两种不同的结合位点,最大表观吸附量(Q_max)和平衡离解常数（K_d）分别为Q_max1=38.08μg/g,K_d1=0.2489μg/L,Q_max2=310.33μg/g,K_d2=6.6269μg/L.此方法制备的分子印迹聚合物对阿特拉津具有良好的选择性吸附能力.     

Fe3O4/GO/ZnO材料的制备及其对盐酸土霉素吸附研究

首先采用工艺较为简单的溶剂热法制备Fe₃O₄材料,对其进一步修饰后可得到Fe₃O₄/GO复合材料,最后通过化学共沉淀法制备得到具有磁性的纳米材料Fe₃O₄/GO/ZnO,并将该材料用于盐酸土霉素的吸附研究中。考察了盐酸土霉素的起始浓度、pH以及吸附剂的用量等因素对盐酸土霉素吸附效果的影响,还考察了纳米材料的再生循环次数及最大吸附量。结果表明：盐酸土霉素起始浓度为18 mg/L,pH值为3,材料用量为0.003 2 g等最佳条件下,该材料的最大吸附量达到191.93 mg/g,前再生3次吸附量保持在150 mg/g左右,故制备的Fe₃O₄/GO/ZnO磁性纳米材料对盐酸土霉素具有较好的吸附能力和稳定性。     

磁性β-环糊精硅胶基吸附剂制备及吸附性能

为研究一种用于去除亚甲基蓝(MB)染料的环保、可循环利用,且具有优良吸附性能的吸附材料,采用溶剂热法结合溶液共混法合成磁性β-环糊精硅胶基吸附剂(m-Fe₂O₃/β-CD/SiO₂),利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、BET法对吸附剂进行表征。通过吸附试验研究吸附时间、溶液pH值、MB质量浓度、温度和共存离子对吸附剂吸附性能的影响。结果表明：m-Fe₂O₃/β-CD/SiO₂对MB的最大吸附容量为80.00 mg/g;其对MB的吸附与准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型有很好的拟合关系,吸附过程是均匀表面的单层化学吸附;经5次吸附-解吸附循环试验后,吸附剂的吸附容量为初次吸附容量的71.42%;该吸附剂用于湖水中MB的吸附分离获得了较好的结果。     

多孔炭的物理化学性能对其吸附性能的影响

通过多孔炭对酚类化合物、 Cr(Ⅵ)和I₂的吸附, 研究了多孔炭的表面物理化学性能对不同电性物种吸附能力的影响. 发现多孔炭对酚类化合物及Cr(Ⅵ)的吸附以化学吸附为主, 其中对酚类化合物的吸附由羧基与内酯基的表面密度合量决定, 对Cr(Ⅵ)的吸附由表面官能团中羧基和内脂基含量的合量决定; 多孔炭对I₂的吸附以物理吸附为主, 由孔容决定.     

硫酸铁改性活性氧化铝除氟性能及机理探究

采用浸渍法制备质量分数为1.0%、2.5%的硫酸铁溶液改性活性氧化铝（1.0% Fe₂（SO₄）₃-MGAA、2.5% Fe₂（SO₄）₃-MGAA）,根据吸附等温实验和吸附动力学实验研究其对氟的吸附性能,从BET表征、零质子电荷点（pH_zpc）和pH缓冲强度等角度探讨吸附剂除氟机理。实验结果表明：活性氧化铝GAA、1.0% Fe₂（SO₄）₃-MGAA、2.5% Fe₂（SO₄）₃-MGAA 3种吸附剂除氟的吸附等温线均更好地符合Langmuir吸附,最大吸附量分别为8.78、14.08、16.78 mg/g,对20 mg/L高氟水去除率分别为34.5%、54.5%、66.5%;3种吸附剂对水中氟的吸附动力学符合准二级吸附速率方程;改性活性氧化铝表面存在的SO₄^2-和OH^-与F^-发生离子交换作用,SOFe²⁺与F^-产生配位作用,并存在一定的静电作用。改性后活性氧化铝pH缓冲强度均显著增强,数据分析发现pH缓冲强度与吸附性能呈正相关,因此可以从pH缓冲强度的角度初步预测改性效果。     

Zn掺杂对Ni-MOF-74的CO2/N2吸附分离性能的影响

为了探究Zn掺杂对Ni-MOF-74的CO₂/N₂吸附分离性能的影响,以Zn、Ni为中心原子,采用水热法合成了一系列双金属Zn_xNi_1-x-MOF-74材料,并通过XRD、TG-DSC、SEM等对其在不同金属掺杂比例下的材料物化性能进行了研究,探究双金属协同作用对材料结晶度、热稳定性、晶体尺寸和形貌的影响。在热力学温度为273、298 K、压力为0～100 kPa的条件下测试一系列Zn_xNi_1-x-MOF-74的CO₂吸附等温线。结果表明：Zn_0.5Ni_0.5MOF-74吸附性能最佳,当273 K、100 kPa时,对CO₂的吸附量最大,可达149 cm³/g;当热力学温度为298 K、压力为100 kPa时,根据理想吸附溶液理论(ideal adsorption solution theory)估算CO₂/N₂     

纳米颗粒组装钼酸二铅空心微纳球及光催化性研究

采用碳微球(CMSs)作为吸附剂和硬模板通过吸附-模板耦合技术(ATCT)制备了新型光催化剂Pb₂MoO₅空心球。通过粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光谱(UV-Vis)表征了该分级Pb₂MoO₅结构。结果表明,Pb₂MoO₅空心球主要由纳米颗粒组装而成,解释了Pb₂MoO₅空心球的可能形成机制,所得产物Pb₂MoO₅空心球对紫外光和可见光均有吸收。光催化性实验结果表明,分级Pb₂MoO₅空心球在紫外光照射下对罗丹明B(RhB)染料的降解有效,5次循环的降解效率不降低。ATCT方法具有普适性,也用于制备分级Pb₂CrO₅结构。     

LaAl0.5Ni0.5O3钙钛矿的制备及其对甲烷干重整的催化性能

采用硬模板法制备比表面积大的介孔LaAl_1-xNi_xO₃钙钛矿催化剂,将其用于碳中和甲烷干重整领域,研究不同温度下的反应活性。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、N₂吸附-脱附(BET)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、热重分析(TGA)对制备的催化剂进行表征。结果表明:LaAl_0.5Ni_0.5O₃催化剂在反应过程中表现出了最优异的活性与稳定性。在反应温度为750 ℃,空速GHSV=36 000 mL/(g·h)的反应条件下, CH₄与CO₂的转化率分别达到69.8%和81.5%,经25 h稳定性测试后CH₄与CO₂的转化率仅分别降低2.7%和3.3%。这是由于在H₂-Ar混合气还原过程中,LaAl_0.5Ni_0.5O₃催化剂获得了比LaAl_0.7Ni_0.3O₃催化剂更多的Ni活性位点,同时获得了比LaAl_0.3Ni_0.7O₃催化剂更优异的抗烧结、抗积碳性能。     

多孔二氧化硅干凝胶的制备及其液相吸附特性研究

以氢氟酸（HF）为催化剂,采用直接常压干燥法制备比表面积为450⁸00 m²·g^-1的多孔SiO₂干凝胶.在此基础上研究了原料配比和热处理温度对干凝胶的影响,并对制得的SiO₂干凝胶的吸附性能进行了研究.研究表明,SiO₂干凝胶具有良好的吸附性能以及循环性能,是一种良好的液相吸附材料.