《納米片層為基元的整體式炭的構築及其吸附CO2行為研究》是依託大連理工大學,由陸安慧擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米片層為基元的整體式炭的構築及其吸附CO2行為研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陸安慧
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
物理吸附法是分離低濃度CO2的有效方法，吸附劑的結構和性質是決定吸附效果的關鍵因素，多孔炭用於吸附分離CO2具有獨特的優勢。但在動態條件下多孔炭孔隙結構對CO2吸附行為的影響規律尚不清晰，主要是因為現有模型吸附材料存在一定缺陷。本項目提出基於苯並噁嗪化學，以納米薄片為骨架結構單元，採用溶液化學路線，構建具有多級孔道（微孔-介孔-大孔）的整體式炭質模型吸附材料，並直接封裝為吸附柱，研究其對CO2的動態吸附分離性能。控制納米片層之間的交聯結構，經微區相分離形成連續貫通的大孔，提高傳質速率；在納米炭片中引入介孔，建立微孔與大孔的輸運通道，強化內擴散速率；在介孔孔壁創製與CO2分子動力學尺寸匹配的微孔，提高吸附容量和選擇性。通過精確調變微孔、介孔、大孔的尺寸和比例，闡明孔隙結構對CO2吸附行為的影響規律，藉助譜學分析，揭示CO2分子在炭表面的動態吸附特徵，為高性能吸附材料的製備提供科學依據。
結題摘要
CO2高效捕集是環境與能源領域的研究熱點。物理吸附法吸附速率快、易再生，無設備腐蝕、能耗低，相對綠色、環保。在物理吸附過程中，吸附劑的結構和性質是決定吸附效果(吸附量、選擇性、吸附速率等)的關鍵因素。微孔炭在吸附分離領域表現出良好的吸附選擇性，孔徑分布都在微孔區域，實際套用過程需要粘結成型，導致吸附劑孔隙堵塞、床層壓降大、吸附劑粉化嚴重等問題。為了理解炭結構與CO2吸附性能之間的構效關係，亟需設計合成一種巨觀和微觀結構可以精確調控的模型吸附材料。 二維結構的納米材料在平面法線方向的擴散距離短，套用於氣體吸附，可促進傳質。該項目以提高吸附劑捕集效率為核心，以納米片層為結構單元，基於溶液自組裝方法，構建了具有多級孔道特徵的整體式炭質模型吸附材料，實現了多元組份協同組裝化學機制和相分離過程的有效調控；通過納米鑄型法原位合成微孔-中孔-大孔串聯的多級孔炭材料，提高了其在CO2吸附分離中的傳質特性與吸附選擇性，CO2/N2和CO2/CH4混合氣體的分離選擇性分別為40和18，實現了CO2的高效分離；利用溫控相轉變過程，製備了孔隙通透的超微孔納米炭片，炭片厚度在30-65 nm內精確可控，微孔孔徑在0.53-0.58 nm範圍內精確可調，實現了＜2 nm尺度下，對多孔炭材料微孔的精確控制；採用納米定製作為指導理念，以氧化石墨烯為結構導向劑，成功製備了微觀形貌可控、結構可調的整體式炭分子篩吸附劑，研究材料對甲烷中二氧化碳的吸附分離性能，動態選擇性高達80.4，且該整體式炭材料具有良好的機械性能，無需引入粘結劑，可直接填裝至吸附柱中進行動態分離測試，為高性能吸附材料的製備提供科學依據。通過精準調控炭材料的多級孔道和表面結構，揭示了多孔炭孔隙結構對CO2吸附行為的影響規律及CO2分子在炭表面的動態吸附特徵。為高效吸附劑的設計研發提供了實驗和理論指導。
