《垃圾填埋氣中環狀揮發性甲基矽氧烷淨化及其機理》是依託南京大學，由龔惠娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：垃圾填埋氣中環狀揮發性甲基矽氧烷淨化及其機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：龔惠娟
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
垃圾填埋氣(LFG)中揮發性矽氧烷的存在是制約LFG資源化利用的重要因素之一。申請者擬採用實驗室模擬活性炭吸附LFG中含量最高的典型性環狀矽氧烷八甲基環四矽氧烷（D4）和十甲基環五矽氧烷（D5）的方法，篩選淨化效果最好的活性炭，研究吸附機理，建立吸附的構效關係模型，並將推導的結論用於真實的LFG中環狀甲基矽氧烷的淨化，從而對建立的理論進行檢驗和修正。此外，通過對淨化效果好的活性炭進行還原改性和憎水性改性，進一步提高其對矽氧烷的吸附能力，通過吸附實驗的結果，改善改性條件，並研究淨化機理。以改性好的活性炭為載體，負載相應的鏈引發劑、催化劑、乳化劑等，使模擬的LFG中的D4分子先被吸附，而後在載體上發生開環聚合，生成高分子量、低蒸汽壓的聚甲基矽氧烷，變可逆吸附為不可逆吸附，變物理吸附為化學吸附。
結題摘要
垃圾填埋場中的可降解有機物在穩定化降解過程中會產生大量的垃圾填埋氣（LFG），LFG的主要成分為甲烷和二氧化碳，此外還含有許多污染性氣體組分，是國際公認的需要控制排放的溫室氣體。由於LFG中富含甲烷，是一種具有較高品位的生物質可再生能源。資源化利用LFG，具有減少污染性氣體排放、改善大氣環境、開發生物質能源、削減溫室氣體排放等多重價值。LFG中微量的矽氧烷，經燃燒後會生成二氧化矽結垢，造成燃燒設備中運動部件的磨損、催化劑的失活等危害。因此矽氧烷是LFG資源化利用中必須去除的最有害的組分之一。本課題研究了不同來源、製備工藝和改性方式的活性炭對於模擬LFG中八甲基環四矽氧烷（D4）的吸附特性，並對這些活性炭進行表面組織、孔結構、酸鹼官能團、化學元素等表征，找到了影響活性炭對於矽氧烷吸附的關鍵因素，得到如下重要結果：活性炭的BET比表面積和微孔孔容與活性炭對矽氧烷的吸附容量呈正相關關係，活性炭中大的微孔和小的介孔（1.7-3.0 nm之間的孔）是對於LFG中矽氧烷吸附發揮最大作用的孔；活性炭中的鹼性官能團對矽氧烷吸附有利，酸性官能團中，羧基不利於矽氧烷吸附，而酚羥基對矽氧烷吸附有利；活性炭極性越弱，對於矽氧烷的吸附越強；活性炭中碳含量越高，雜原子的含量越低，對於矽氧烷的吸附效果越好。這些結論通過測定活性炭對於模擬LFG中D5的吸附得到驗證。本課題還研究了活性炭的改性方法。高溫氮氣氛圍熱改性可以適當提高活性炭鹼度，降低酸性官能團中羧基含量，從而提高活性炭對矽氧烷的吸附，熱改性還可使活性炭平均孔徑降低；氨水改性可提高活性炭鹼度，降低酸性官能團含量，有利於活性炭對矽氧烷的吸附。鹽酸改性對活性炭酸鹼官能團的改變與氨水相反，使得活性炭的矽氧烷吸附性能下降。鹽酸-熱和氨水-熱對活性炭改性的效果好於一步改性，其主要原因是二步改性對活性炭酸鹼官能團的改變向有利於矽氧烷吸附的方向進行，若採用高濃度的氨水或鹽酸改性與熱改性相結合，還可使活性炭的孔徑分布發生較大的變化，對某些活性炭，可大幅提高其對矽氧烷的吸附性能。採用低濃度三甲基氯矽烷正己烷溶液改性可降低活性炭極性，提高矽氧烷的吸附能力。本課題的研究結果證明活性炭是一種很好的矽氧烷吸附劑，可用於LFG資源化利用工程中的矽氧烷淨化。由本課題得出的活性炭對於矽氧烷吸附的構效關係理論，為活性炭的選擇提供了依據，並可對特定的活性炭提出適當的改性方案。
