《低溫氮電漿改性碳納米管吸附二氧化碳的基礎研究》是依託浙江大學，由張興旺擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低溫氮電漿改性碳納米管吸附二氧化碳的基礎研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：張興旺
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
開發二氧化碳高效吸附劑，對於我國履行二氧化碳減排具有重要的現實意義。與吸收法和膜分離等方法相比，吸附法具有能耗低、適應性強、使用周期長、無腐蝕等優點，被認為是較有套用前景的二氧化碳捕集方法。氨基改性碳納米管具有高選擇性、易再生的特點，是一種優良的二氧化碳吸附劑，然而常規的濕法改性存在氨基熱穩定性差、吸附劑納米孔道易被堵塞、氨基數量與分散度難以兼顧等問題。申請人提出採用低溫氮電漿改性碳納米管，通過控制電漿放電過程，利用放電產生的活性物質轟擊碳納米管，在其表面生成大量分散的、穩定的氨基鹼性基團，從而提高碳納米管對二氧化碳的吸附能力。本項目將重點研究氮電漿對碳納米管表面氨基官能團的調控規律、改性碳納米管對二氧化碳的吸附行為、碳納米管表面氨基官能團結構與二氧化碳吸附行為間的構效關係。本項目的開展，將為製備二氧化碳捕集材料提供新思路和新方法，研究成果將對我國二氧化碳減排具有重要意義。
結題摘要
課題按照研究計畫進行，圍繞電漿放電-碳納米管表征與吸附性能-二氧化碳與氨基作用的模擬開展： 1電漿放電過程調控 為了有效調控電漿放電過程，實現穩定放電，開發了液層電阻阻擋放電錶面反應器，將高壓極和地電極都安裝於液面上，構成液層電阻阻擋放電反應器，增大電漿與液面的接觸面積，有利於自由基的產生和控制。首次採用發射光譜技術研究電漿放電形式對自由基產生的影響，流注放電的發射峰集中在紫外區(200-400 nm)；而火花放電發生，可見區和近紅外區的發射峰開始變得明顯(400-900 nm)。電漿放電可以產生N自由基，而且含氧自由基會有助於氮改性反應的進行。 2改性碳納米管的表征及吸附CO2過程研究 （1）SEM圖表明氧化作用有助於打開碳納米管且獲得更大的比表面積，從而有助於氨基官能團嫁接到碳納米管的表面。通過XPS分析了三種重要的三種氮的形式。 （2）吸附性為研究 ① 熱力學行為研究：原始MWCNTs為物理吸附劑，為分子間作用力，隨著溫度的升高會有部分的CO2受熱脫附。但是氨基改性碳納米管對CO2的吸附過程是放熱可逆反應，所以升溫會使反應逆向進行，使吸附量變小。② 動力學行為研究：選取煙道氣中的CO2特徵濃度15%為研究對象來測試改性MWCNTs的吸附量，考察吸附穿透曲線，吸附量達到57.6 mg/g。③ 脫附再生研究：溫度低時，吸附的CO2分子獲得的能量少，因此僅有少量作用力較弱的CO2脫附，隨著溫度繼續升高，被吸附的CO2獲得的能量會持續增大而開始大量脫附。對改性碳納米管進行吸附/脫附再生，在經歷10輪吸附/脫附循環之後，表明吸附劑再生穩定性。 3 氨基官能團與CO2作用的分子動力學模擬 （1）不同氨基官能團與CO2結合物的穩定性研究，結果表明空間位阻係數越大，與N原子連線基團的體積就大，使得胺與CO2 反應生成反應中間產物的穩定性變差，因此小分子氨官能團吸附CO2更容易。（2）不同氨基對CO2在CNT孔道中輸運的影響：採用經典的L-J 模型描述CO2與氨基間的作用關係。表明，二氧化碳吸附容量與氨基濃度成正比，而且不同氨基種類結合二氧化碳分子數量不同。 （3）量子化學模擬： B3LYP活化能關係為 Pedge (NH2)＞Q(N)＞PSurface(NH2)。上述理論計算的結果與實驗現象一致。 培養研究生3名，發表SCI論文4篇，EI論文1篇，申請發明2項。
