金屬負(fù)載介孔Al2O3的合成及對(duì)工廠煙氣中CO2吸附性能的研究

1、 研究背景與意義研究背景與意義 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 研究結(jié)果與討論研究結(jié)果與討論 結(jié)論結(jié)論1234CO2所占的溫室氣體的比例所占的溫室氣體的比例CO2排放部門構(gòu)成排放部門構(gòu)成從電廠尾氣中捕集回收從電廠尾氣中捕集回收CO2是促進(jìn)是促進(jìn)CO2 減排的一項(xiàng)重要減排的一項(xiàng)重要環(huán)保任務(wù)環(huán)保任務(wù)1.1 溫室氣體的組成及主要來源溫室氣體的組成及主要來源1 吸附分離法吸附分離法吸收分離法膜分離法超重力技術(shù)分離工藝過程簡(jiǎn)單、能耗低、吸附劑容易再生，工藝過程簡(jiǎn)單、能耗低、吸附劑容易再生，比較適用于吸附電廠煙道氣中的比較適用于吸附電廠煙道氣中的CO2吸收效果好但成本較高，能吸收效果好但成本較高，能耗大，用于電力行業(yè)運(yùn)

2、行成耗大，用于電力行業(yè)運(yùn)行成本昂貴。本昂貴。裝置簡(jiǎn)單，操作方便，但是裝置簡(jiǎn)單，操作方便，但是耐熱性能差，易被污染，耐熱性能差，易被污染，易老化，特點(diǎn)易老化，特點(diǎn)。適用于處理貴重物料，適用于處理貴重物料，設(shè)備投資大，能耗大，設(shè)備投資大，能耗大，處理量小。處理量小。CO2 的分離與捕集 制取一種制取一種高效的高效的CO2吸附劑吸附劑，并用吸附實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)并用吸附實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)CO2的吸附性能。的吸附性能。研究目的研究目的2.3 吸附劑的表征2.2 吸附劑的合成及改性2.4 吸附性能的測(cè)定2.5 吸附劑的再生2.1 吸附劑的篩選2吸附劑吸附劑優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)活性炭活性炭是一種優(yōu)良的吸附劑，具有高的是一

3、種優(yōu)良的吸附劑，具有高的比表面，發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，吸附比表面，發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，吸附量較大。量較大。以物理吸附為主，溫度升高時(shí)其吸附性能下降以物理吸附為主，溫度升高時(shí)其吸附性能下降很快，難以應(yīng)用在煙道氣中很快，難以應(yīng)用在煙道氣中CO2的富集領(lǐng)域。的富集領(lǐng)域。沸石分子篩沸石分子篩具有很強(qiáng)的吸附能力具有很強(qiáng)的吸附能力其吸附其吸附CO2也屬于物理吸附，溫度升高時(shí)很難也屬于物理吸附，溫度升高時(shí)很難滿足實(shí)際需要，極性較強(qiáng)，對(duì)水分吸附很強(qiáng)，滿足實(shí)際需要，極性較強(qiáng)，對(duì)水分吸附很強(qiáng)，再生能耗較大，且與再生能耗較大，且與CO2形成競(jìng)爭(zhēng)吸附形成競(jìng)爭(zhēng)吸附水滑石類混合物水滑石類混合物屬于化學(xué)吸附，對(duì)吸附氣體有較屬于化學(xué)吸

4、附，對(duì)吸附氣體有較高的選擇性在高溫下吸附效果較高的選擇性在高溫下吸附效果較好。好。只能在只能在1000以上的高溫下分解，其脫附難以上的高溫下分解，其脫附難以實(shí)現(xiàn)以實(shí)現(xiàn)鋰化合物鋰化合物對(duì)對(duì)CO2具有良好的吸附性，吸收具有良好的吸附性，吸收速率及穩(wěn)定性都很好。速率及穩(wěn)定性都很好。成本高成本高鈣基吸收劑鈣基吸收劑循環(huán)利用率高，吸附的循環(huán)利用率高，吸附的CO2純度純度較高較高反應(yīng)溫度較高反應(yīng)溫度較高介孔材料介孔材料比表面高、孔徑可調(diào)，改性之后比表面高、孔徑可調(diào)，改性之后吸附量吸附量大，可再生吸附大，可再生吸附制備制備周期長(zhǎng)，成本相對(duì)比較低周期長(zhǎng)，成本相對(duì)比較低有序介孔氧化鋁有序介孔氧化鋁是一種值得研究

5、的，具有應(yīng)用價(jià)值的，典型的介孔材料是一種值得研究的，具有應(yīng)用價(jià)值的，典型的介孔材料有序介孔有序介孔氧化鋁氧化鋁比表面積大比表面積大孔徑分布窄孔徑分布窄酸堿兩性酸堿兩性改性改性Ca （硝酸鈣）（硝酸鈣）Mg （硝酸鎂）（硝酸鎂）沉淀反應(yīng)沉淀反應(yīng)洗滌、抽濾洗滌、抽濾干燥干燥硝酸鋁硝酸鋁 模板劑模板劑 老化老化碳酸銨碳酸銨 煅燒煅燒有序介孔氧化鋁有序介孔氧化鋁(OMA)磷酸氫磷酸氫二銨二銨直接合成法直接合成法沉淀反應(yīng)沉淀反應(yīng)抽濾抽濾洗滌洗滌 老化老化碳酸銨碳酸銨 磷酸氫二銨磷酸氫二銨 煅燒煅燒OMA-CaO-Z/OMA-MgO-Z干燥干燥硝酸鋁硝酸鋁聚乙二醇聚乙二醇Ca(NO3)2溶液溶液Mg(NO

6、3)2溶液溶液浸漬浸漬干燥干燥Ca(NO3)2溶液溶液震蕩分散、靜置震蕩分散、靜置OMA-CaO-J 浸漬法浸漬法 煅燒煅燒OMA浸漬浸漬干燥干燥Mg(NO3)2溶液溶液震蕩分散、靜置震蕩分散、靜置 煅燒煅燒OMAOMA-MgO-J2.3.1 氮等溫吸脫附氮等溫吸脫附 2.3.2 X射線衍射（射線衍射（XRD）2.3.3 透射電鏡透射電鏡 （TEM）吸附裝置吸附裝置1、氮?dú)怃撈?、氮?dú)怃撈? 2、氮?dú)?、氧氣、二氧化碳混合氣鋼瓶、氮?dú)?、氧氣、二氧化碳混合氣鋼? 3、減壓閥、減壓閥; 4、干燥器、干燥器; 5、針型閥、針型閥; 6、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì);7、預(yù)熱器、預(yù)熱器;8、 固定床固定床;

7、9、溫控儀、溫控儀; 10、氣相色譜分析儀、氣相色譜分析儀; 11、氣相色譜工作站、氣相色譜工作站1:氮?dú)怃撈康獨(dú)怃撈? 2: 減壓閥減壓閥; 3轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量計(jì); 4:馬弗爐馬弗爐; 14323.1 吸附劑吸附劑的表征分析的表征分析樣品編號(hào)樣品編號(hào)改性物改性物比表面積比表面積/m2g-1孔容孔容/ /cm3g-1 1平均孔徑平均孔徑/ /nmOMA無無263.270.325.58OMA-Mg-ZMg233.470.315.38OMA-Ca-ZCa225.790.274.48(1) 氮等溫吸脫附氮等溫吸脫附3氮等溫吸脫附曲線氮等溫吸脫附曲線孔徑分布曲線孔徑分布曲線024680.00.51.

8、01.52.02.53.0 OMA-Ca OMA-Mg OMAPore Volume (cm3/g)Pore Diameter (nm) 具有具有H1型型滯后環(huán)，其滯后環(huán)，其有序性良好有序性良好孔徑分布孔徑分布較窄，在較窄，在3-6nm之之間。間。 0123456789100500010000150002000025000Relative Intensity OMA-Ca OMA-Mg OMA2() OMAOMA-CaOMA-Mg(3) 透射電鏡（透射電鏡（TEM） 圖圖1-1-OMAOMA圖圖2-2-OMA-MgO-ZOMA-MgO-Z 圖圖3-3-OMA-CaO-ZOMA-CaO-Z從圖中

9、可以看到合成的從圖中可以看到合成的有序介孔氧化鋁孔道均有序介孔氧化鋁孔道均呈蠕蟲狀，且孔徑大小呈蠕蟲狀，且孔徑大小均勻，具有一定的有序均勻，具有一定的有序性。性。改性后的改性后的OMA孔道結(jié)孔道結(jié)構(gòu)基本無變化。構(gòu)基本無變化。3.2 吸附劑對(duì)吸附劑對(duì)CO2吸附條件的確定吸附條件的確定3.2.1 溫度對(duì)吸附性能的影響溫度對(duì)吸附性能的影響測(cè)試條件：氣體流速測(cè)試條件：氣體流速40mL/min，吸附劑，吸附劑10g051015202501020304050吸附量mg/10g時(shí)間/min 45 55 65 75 不同吸附溫度下不同吸附溫度下OMA對(duì)對(duì)CO2的吸附量曲線的吸附量曲線時(shí)間（時(shí)間（min）不同吸

10、附溫度下不同吸附溫度下OMA對(duì)對(duì)CO2的的吸附穿透曲線吸附穿透曲線0510152025300.000.020.040.060.080.100.12 45C 55C 65C 75CBA 二氧化碳濃度二氧化碳濃度65模擬電廠尾氣中模擬電廠尾氣中CO2的含量的含量12.4%測(cè)試條件：床層溫度測(cè)試條件：床層溫度65，吸附劑，吸附劑10g051015202530350.000.020.040.060.080.100.12 15ml/min 35ml/min 55ml/min 75ml/min二氧 化碳含量時(shí) 間 (min) 時(shí)間（時(shí)間（min）不同氣速下不同氣速下OMA對(duì)對(duì)CO2的吸附穿的吸附穿透曲線透

11、曲線二氧化碳濃度二氧化碳濃度05101520253001020304050607080吸附量mg/10g時(shí)間/min 15ml/min 35ml/min 55ml/min 75ml/min 不同氣速下不同氣速下OMA對(duì)對(duì)CO2的吸附的吸附量曲線量曲線35ml/min0510152025300.000.020.040.060.080.100.12 2.1cm 3.0cm 5.2cm 8.0cmBA 時(shí)間（時(shí)間（min）不同高度對(duì)不同高度對(duì)CO2的吸附穿透曲線的吸附穿透曲線二氧化碳濃度二氧化碳濃度051015202501020304050607080吸附量mg/10g時(shí)間/min 2.1cm 3.

12、0cm 5.2cm 8.0cm 不同高度對(duì)不同高度對(duì)CO2的吸附量曲線的吸附量曲線測(cè)試條件：吸附溫度測(cè)試條件：吸附溫度65，氣體流速，氣體流速35mL/min，吸附劑，吸附劑10g3.0cm最優(yōu)吸附條件：床層溫度最優(yōu)吸附條件：床層溫度65，氣體流速，氣體流速35mL/min，吸附劑，吸附劑10g不同吸附劑對(duì)不同吸附劑對(duì)CO2的吸附穿透曲線的吸附穿透曲線 吸附性能比較吸附性能比較:Mg-JCa-JMg-ZCa-ZOMA051015202501020304050607080吸附量 (mg/g)時(shí) 間 (min) Mg-Z Ca-Z OMA Ca-J Mg-J 時(shí)間時(shí)間（min）吸附量吸附量（mg/

13、10g)不同吸附劑對(duì)不同吸附劑對(duì)CO2的吸附量曲線的吸附量曲線 123430405060708090吸附量 (mg/10g)再 生 次 數(shù) OMA OMA-Ca OMA-Mg 時(shí)間（min）吸附量（mg/10g)再生次數(shù)對(duì)吸附性能的影響再生次數(shù)對(duì)吸附性能的影響再生條件：氮?dú)饬髁吭偕鷹l件：氮?dú)饬髁?0mL/min,溫度溫度250，時(shí)間，時(shí)間3h。1) 本實(shí)驗(yàn)以無機(jī)硝酸鋁為鋁源，聚乙二醇為模板劑，本實(shí)驗(yàn)以無機(jī)硝酸鋁為鋁源，聚乙二醇為模板劑， 碳酸銨作為沉淀碳酸銨作為沉淀劑，劑，合成了介孔氧化鋁。然后利用硝酸鈣對(duì)其進(jìn)行改性，并利用氮等合成了介孔氧化鋁。然后利用硝酸鈣對(duì)其進(jìn)行改性，并利用氮等溫吸脫附，溫吸脫附，XRD,TEM對(duì)其進(jìn)行了表征，結(jié)果表明其具有對(duì)其進(jìn)行了表征，結(jié)果表明其具有比表面積大，比表面積大，孔徑分布窄，孔徑分布窄， “蠕蟲蠕蟲”狀孔道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。狀孔道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。2） 改性后的改性后的OMA