文 献 综 述

1.1概述

2009年在丹麦哥本哈根举办的世界气候大会上，有关CO₂的排放、捕集和处理是讨论的热点。CO₂是造成温室效应的主要气体，随着现代工业的飞速发展，大气中CO₂浓度与日俱增，因此，CO₂的捕集、分离以及储存等问题引起各国高度重视。同样，在潜艇、航天飞机等密闭环境中，清除空气中CO₂尤为重要。当CO₂浓度积累到一定程度后，便会使人头晕眼花、思维混乱、恶心、呕吐等；达到5%浓度时，人的呼吸仅能维持30min；达到10％浓度以上，人将会失去知觉甚至死亡^[1]。

同时,CO₂作为一种主要的温室气体,其在大气中的减排是一项重要的环保任务.工业上多用液氨吸收燃烧尾气中的CO₂,但是由于吸收过程中可产生氨基甲酸盐等副产物,因而设备腐蚀严重,并且再生过程中需消耗大量的水蒸气,造成资源浪费^[2].活性炭和沸石分子筛等材料主要用于低温下CO₂的吸附^[3],在有水共存的条件下,吸附剂很容易失活.

近几年,很多研究小组尝试将各种胺嫁接到介孔材料中,利用介孔材料大的孔容和比表面积实现氨基的分散,提高CO₂的吸附效率.Xu等人^[4,5]将聚乙烯亚胺分散于MCM-41中,大大提高了氨基的利用率,吸附量与仅采用MCM-41本身相比提高了24倍.但是由于受到扩散控制,该吸附剂只有在70℃以上才能显示出其优势,室温下吸附量很低.Huang等^[6]考察了MCM-48(比表面积1389m2/g)和硅胶(816m2/g)两种大比表面积的材料被氨基硅烷修饰后吸收CO₂的情况,当CO₂的浓度为5%时分别得到了1.14和0.45mmol/g的吸附量.Hiyoshi等^[7-8]将不同的氨基硅烷嫁接到SBA-15上,考察了它们吸附CO₂的情况,发现吸附量随着嫁接量的提高而增加,并且水的存在不影响CO₂的吸附.并且与MCM系列的介孔分子筛相比,SBA-15具有更大的孔径和孔容,有利于大分子的修饰,并且中孔间有一定的微孔相连,有利于吸附时传质。而本文采用的是将介孔二氧化钛氨基化，从而探究其对CO₂的吸附性能的研究

1.2介孔材料简介

多孔固体由于其高比表面在技术上可被用作吸附剂、催化剂和催化剂载体。根据IUPAC的定义^[9],对于多孔物质孔径gt;50nm的孔为大孔,孔径介于2一50nm之间的孔为介孔或中孔,孔径2lt;nm为微孔。沸石是最有代表性的微孔结构,具有良好的催化性能,但因孔径相对太小而使应用受到限制。孔的扩大成为这一领域研究的一个主要方向。1992年Mobll公司的科学家^[10-11]首次报道了介孔分子筛MCM一41的合成,它具有规整的六方有序孔道排列和窄的孔径分布,且具有大的比表面积,改变合成条件,孔径可在1.5~10nm之间调节。这一报道引起了国际上各相关学术界的重视,从此掀起了研究介孔材料的热潮。从孔道排列和骨架原子的有序性分析,介孔材料可以归为三类^[12]。第一类为微孔晶体材料,具有规整的孔道排列和骨架原子有序性;第二类介孔二氧化钛材料的制备与性能研究为90年代以来发现的MCM一41、SBA一1、SBA一2、SBA一3等介孔材料,其孔径尺寸分布均匀,孔道排列规整有序,但组成其骨架的原子排列无序;第三类如粗-T1分子筛,具有均匀的孔径分布,孔道排列及组成骨架的原子排列都是无序的,但这类分子筛具有高于MCM一41的比表面积和水热稳定性。介孔材料的优越性在于它具有均一且可调的中空孔径、稳定的骨架结构,具有一定壁厚且易于掺杂的无定形骨架结构组成和比表面积大且可修饰的内表面,本身即可以用作催化剂、吸附剂、或催化剂载体等。