介孔氧化鈦複合材料的製備及其吸附二氧化碳性能研究

《介孔氧化鈦複合材料的製備及其吸附二氧化碳性能研究》是依託浙江師範大學，由胡鑫擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：介孔氧化鈦複合材料的製備及其吸附二氧化碳性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡鑫
• 依託單位：浙江師範大學

項目摘要

固體材料吸附法是一種節能、高效的捕集CO2的方法。關鍵是吸附劑的研究。本項目擬開展高效吸附CO2的介孔氧化鈦複合材料的製備及其吸附性能的研究。以烷基胺為模板，鈦的醇鹽為前體製備一系列不同孔徑大小、比表面積及孔容的介孔氧化鈦材料。將對CO2有化學吸附作用的氨基負載其上，從而通過物理吸附和化學吸附的協同作用來提高吸附劑對CO2的選擇性和吸附量。同時利用氧化鈦所特有的表面可還原性，合成一系列還原態氧化鈦複合材料並考察其吸附CO2的能力,研究結果將揭示通過改變材料的電子性質來提高吸附劑與CO2的結合力，進而提高CO2吸附能力和選擇性的可行性，並且對拓寬CO2吸附研究領域方向和進一步明確CO2吸附機理具有重要的科學意義。通過最佳化以上兩種複合材料的製備條件，獲得最佳吸附效果的吸附劑，並揭示吸附劑的吸附性能、結構特點及製備方法之間的關聯，為進一步開發高效吸附CO2的新型材料積累科學基礎。

結題摘要

本項目開展了高效吸附CO2的介孔氧化鈦複合材料的製備及其吸附性能的研究。以烷基胺為模板，異丙醇鈦為前體製備了一系列不同孔徑尺寸、比表面積及孔容的介孔氧化鈦材料。考察了基態氧化鈦針對CO2-H2 混合氣的分離性能，研究發現，氧化鈦吸附CO2的最大選擇性可以達到9.87。證實氧化鈦可以作為有潛力的燃燒前分離CO2的吸附劑。為了進一步提高吸附劑的吸附性能，將對CO2有化學吸附作用的氨基負載到材料孔道，得到氧化鈦氨基化複合吸附劑，從而通過物理吸附和化學吸附的協同作用來提高吸附劑對CO2的選擇性和吸附量。考察了有機胺的種類，有機胺的用量，基態吸附劑的孔徑結構性質等因素對氨基化複合吸附劑吸附能力的影響，並採用矽基材料和多孔炭吸附劑作為參比材料。研究發現：隨著有機胺浸漬量的增加，吸附劑吸附能力增加，但有機胺的利用率卻減少，當有機胺的浸漬量為中等時，有機胺的利用率較高。而在相同的有機胺負載量下，隨著有機胺的尺寸的減小，吸附劑吸附效果更佳。基體材料的比表面積，孔徑和孔容的提高對CO2吸附能力有利，其中孔徑的尺寸和孔容的大小對決定複合吸附劑吸附性能起著更重要的作用。根據上述結果，我們採用水熱合成的方法製得具有高孔容和大孔徑的氧化鈦納米管載體，進一步通過浸漬有機胺得到氨基化複合吸附劑，通過測試，發現在模擬火電廠煙氣條件下，氧化鈦納米管複合材料具有比介孔氧化鈦複合材料更高的吸附能力：4.33 mmol/g，同時研究結果也顯示鈦基複合材料具有比相應的介孔氧化矽，活性炭和多孔氧化鋁複合材料更高的吸附能力。通過一系列表征分析，發現氧化鈦表面和有機胺的結合力比相應的氧化矽和有機胺的結合力更高，這是由於氧化鈦表面具有特殊的電子性質所決定的，鈦原子可以通過劉易斯酸鹼作用與有機胺結合，正是由於這種強的氧化鈦表面與負載的有機胺的相互作用，使得浸漬的部分有機胺吸附CO2的能力增強，從而提高鈦基吸附劑的吸附量和有機胺的利用率。同時我們也不能排除載體孔徑結構性質對吸附性能的影響，我們認為鈦基複合材料具有高的吸附性能是由於氧化鈦表面特殊的電子性質和載體具有發達的孔隙結構共同決定的。本研究揭示了吸附劑的吸附性能和結構特點之間的關聯，同時對氨基化複合吸附劑的CO2吸附機理的探索提供了有價值的信息，為進一步開發高效吸附CO2的新型材料積累了科學基礎。