介孔氨基TiO2的CO2吸附性能研究毕业论文
2020-05-22 08:05
摘 要
介孔二氧化钛由于比表面积高、热稳定性好、孔道结构有序、表面易于改性等一系列特点，越来越受到重视。这项研究的目的是开发一种新的低成本，高选择性，稳定的吸附剂，为了是二氧化碳的捕集。用模版法氨基改性的二氧化钛（M-TiO2）制备高表面积二氧化钛（TiO2），在相关的预燃烧二氧化碳捕获条件下进行CO2/CH4吸附。单组份和双组分的吸附实验是在一个固定床吸附器进行的。实验结果表明，二氧化钛用于CO2/CH4混合物吸附可以显著由氨修饰改善。本文以钛酸正丁酯和氨基丙基硅烷为原料，采用水热法制备介孔氨基二氧化钛。对样品进行红外表征，来确定氨基是否接入。采用质谱仪测试CO2的吸附等温线。
关键词：二氧化碳捕集、介孔二氧化钛、氨基、 二氧化碳吸附
Research on carbon dioxide adsorption properties of mesoporous
titania amino
Abstract
Mesoporous titania due to the high specific surface area, good thermal stability, pore structure and orderly, easy surface modification and a series of features, more and more attention. The aim of this study was to develop a new low-cost, high selectivity, stability adsorbent for carbon dioxide capture. Stencil method of amino-modified titania (M-TiO2) Preparation of a high surface area of titanium dioxide (TiO2), the relevant pre-combustion capture of carbon dioxide under conditions of CO2 / CH4 Adsorption. One-component and two-component adsorption experiments are carried out in a fixed bed adsorber is. Experimental results show that, for the titanium dioxide CO2 /CH4 adsorbed mixture can be significantly improved by a modification of the ammonia. In this paper, n-butyl titanate and amino propyl silane as raw materials prepared by hydrothermal amino mesoporous titania. IR samples were characterized to determine whether an amino group access. Mass spectrometer using adsorption isotherm test CO2
Keywords:Carbon dioxide capture、Mesoporous titania、Amino、Carbon dioxide adsorption
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 综述 1
1.1 二氧化碳吸附的背景意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 国际二氧化碳关注与行动 1
1.2 研究进展 2
1.3 二氧化碳的捕集分离方法及其吸附剂的选择 2
1.3.1 溶剂吸收法 2
1.3.2 膜分离法 3
1.3.3 吸附法 3
1.3.4 二氧化碳吸附剂的选择 4
1.4 介孔材料及其合成机理 4
1.4.1 介孔材料的定义及特点 4
1.4.2 介孔材料合成机理 4
1.5 介孔二氧化钛及其合成方法 5
1.5.1TiO2的晶体结构 5
1.5.2溶胶凝胶法 6
1.5.3水热法 6
1.5.4超声化学法 6
1.6模板剂的分类及其去除方法 6
1.6.1模板剂的脱除方法 7
1.7介孔TiO2的氨基修饰 8
第二章 实验部分 9
2.1实验原料 9
2.2实验仪器和设备 9
2.3吸附剂的制备 9
2.4吸附剂的表征 10
2.5二氧化碳和甲烷的分离过程 10
第三章 结果与讨论 12
3.1红外表征分析 12
3.2吸附等温线 13
3.3结果 15
参考文献 16
致谢 19
第一章 综述
1.1 二氧化碳吸附的背景意义
1.1.1 研究背景
21世纪，能源短缺和环境污染严重制约社会的可持续发展，当下，人们主要使用的是化石能源，其中包括煤，石油，天然气等，但这些能源都是近期不可再生的。而这些化石能源排放的各种气体导致了各种各样的气候环境问题，例如温室效应，全球气候变暖。而这其中最主要的一个原因之一就是各种各样的化石燃料燃烧所引起的，它对全球变暖的影响已经超过了60%[1]。自从工业革命到现在，大气中的浓度差不多上升了约为32%[2]。政府间气候变化专门委员会（IPCC），对气候变化的预测中的第四份的评估报告[3]：在已经过去的几百年的时间里面，气候变暖变的越来越来严重，各种气象灾害频发，这种自然灾害的发生规模要比以往任何时期都要更大，而且每年的温度都会逐渐上升超过了过去的任何一个时期，这样剧烈的变化的原因最主要的就是二氧化碳为主的温室气体的排放，已经有一系列的问题显现出来例如：海水倒灌进入平原，他将导致水源的盐分变高，各地洪涝灾害加剧，各个地方人的生活和生产都会受到很大的影响甚至人身财产安全，还有一些地区却因为气候变暖而干旱加剧，降雨受到影响。人们生活水平的提高所带来的各种能源消耗加剧，能源过度的消耗使用，不仅仅是资源的枯竭和环境的恶化，他们燃烧所带来的各种气体污染物已经严重威胁了人类所赖以生存的地球。所以控制二氧化碳的排放已经是各国政府的共识[4]。从人类的长远来看能源的利用效率问题，开发其他能源替代品，无污染无温室气体排放是人类解决环境问题的根本之道。但是以我们目前的技术和水平而言，人类短期内仍将严重依赖这些化石燃料，所以目前所需要解决的问题是，我们用较低的成本回收各种工业生产中的二氧化碳，将它们进行利用或者封存起来。分离二氧化碳的方法有其他方法溶剂吸收、膜分离、吸附等。在这些方法中，由于高的比表面积，研究主要集中在研究介孔材料[5]。
1.1.2 国际二氧化碳关注与行动
从二十世纪九十年代以来，气候变暖问题引起了国际社会的关注，为此已经召开的多次的国际会议，并且签订额一系列的相关条约。1992年，通过《联合国气候变化框架公约》，于六月正式在巴西签署，至今近200个国家和地区签署了公约，公约已于1994日生效[6]。1995年，各缔约国召开柏林会议，没有增加在发展中国家的计划，但明确规定的责任和义务，限制了发达国家应承担一定时期，以减少温室气体排放。1996年7月《日内瓦部长宣言》1997年12月，日本《京都协议书》对各国家的二氧化碳的排放量规定了标准，从1998-2012年，各主要发达工业国家的温室气体要比1990年的标准降低5%。1998年-2007年,各方又在阿根廷、波恩、印度、米兰、加拿大、肯尼亚召开有关气候大会[7]。2007年12月通过了巴厘岛路线图。之后人们召开了一系列的会议。
1.2 研究进展
介孔材料是20世纪才发展起来的新材料体系，二十世纪70年代，就有文献首次报道了有序介孔材料的合成。但是，由于受到当时设备条件的限制，并没有办法对介孔材料进行结构分析，样品的结构也没有办法进行判定和识别[8,9]。1992年，Mobil公司的科学家Back、Kresge等首次合成了介孔二氧化硅[10]，也就是M41S系列介孔材料，包括立方相的MCM-48、层状结构的MCM-50和二维六方相的MCM-41。大分子吸附、分离和催化等一系列传统微孔沸石分子筛无法解决的问题呗完美解决。许多文献都已经报道了介孔材料的合成近况，以及它在催化、表面结构的调整和修饰方面的应用。此外，各种非金属氧化物、金属或其他掺杂的氧化物都可以作为介孔材料的原料。近几年来，因为介孔材料具有孔径分布窄且可调、巨大的比表面积、高度规整的孔道结构等优良的结构特点，使其在生物医药合成、材料组装、吸附与分离等领域有巨大潜力。
1.3 二氧化碳的捕集分离方法及其吸附剂的选择
捕获分离包括膜分离法、溶剂吸收法、冷冻法、吸附法等。具有良好的吸附作用。膜分离，因为压力驱动的影响，在煤的汽化过程中的高压，更有利于二氧化碳的分离[11]。吸附包括物理吸附和化学吸附两吸附方法。物理吸附主要是一些分子筛、活性炭、金属有机骨架等，化学吸附主要是通过改性多孔材料，并向其中接入氨基等方法，因为碱性基团的化学作用从而达到吸附的作用。
1.3.1 溶剂吸收法
不同的吸收剂可以分为物理吸附和化学吸收法，因为在不同溶剂中溶解度的差异不一样[12]。
物理吸收法：物理溶剂吸收二氧化碳的溶解，在这过程中无任何化学反应在溶剂和二氧化碳之间产生，经常作为吸附剂的有碳酸丙烯酯、聚乙二醇、甲醇、环丁砜和水，由于压力产生的变化与溶液中的溶解性的原理[13]。二氧化碳吸附剂的物理吸附性能有要求较高的要求溶解性、低毒性、低价格、波动性小。物理吸附法的对净化度的要求不高和当局部压力高的是适用的，再生无需加热，能量消耗小于化学吸附法吸附，但缺点是纯度较低，回收率低
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