甘蔗渣活性炭的制备及其CO2吸附性能研究

论文摘要

人类活动和工业生产导致大气中CO2浓度升高,进而造成全球变暖、海平面上升和极端天气等生态安全问题,危害人类财产、生命安全。近年来大气中CO2浓度每年仍以0.1%的速度增长,全球生态安全问题依然严峻。CO2捕集是目前缓解全球变暖的关键技术之一。本研究针对CO2吸附剂存在的成本高、吸附性能差等问题,开发了低成本、高效的CO2吸附剂。以农业废弃物甘蔗渣为原料,通过高温热解法（C-t）和水热合成法（HC-t）制备出不同半焦,利用元素分析、FT-IR、N2和CO2吸附等进行表征。结果发现样品中C-600和HC-240碳含量最高,分别为84.07 wt%和70.88 wt%。同时显示水热过程能够使得水热半焦表面形成更多含氧官能团。孔结构分析表明热解半焦和水热半焦分别为典型的微孔和介孔结构,CO2吸附测试表明C-t的CO2吸附量远高于HC-t。为了进一步提高CO2吸附量,通过尿素增氮-KOH活化方法制备了热解型活性炭,并研究了尿素添加量、KOH浸渍比、活化温度对其孔结构和CO2吸附性能的影响。尿素添加量为15 wt%、KOH/C=2.0、活化温度为600℃时制备的活性炭CO2吸附性能最好,在25℃、1 bar时吸附量可达4.80 mmol/g,这取决于吸附剂的超微孔和氮含量。活性炭表面含氮官能团类型为N-6、N-5、N-Q和N-X,窄微孔孔径主要集中在0.55 nm,且窄微孔占比为80-89%,因此CO2/N2选择性高。多次吸脱附实验后活性炭CO2吸附量基本不变,说明此活性炭稳定性和再生性好。采用绿色低耗的水热合成法制备水热半焦（HC-240）,并利用KOH对其进行活化制备出水热型活性炭,研究了KOH浸渍比和活化温度对水热活性炭孔结构和CO2吸附性能的影响。在KOH/HC-240为1.0、活化温度为800℃时,活性炭在25℃、1 bar下的CO2吸附量约为4.15 mmol/g。经乙酸进一步改性后,活性炭表面酚羟基（-OH）和-COOH基团增多,有利于提高活性炭的CO2吸附性能。在乙酸浓度为5 wt%时,活性炭CO2吸附量增加了7.8%,达到4.47 mmol/g。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
• 2捕集技术'>  1.2 CO₂捕集技术
• 2吸附剂'>  1.3 CO₂吸附剂
•     1.3.1 沸石分子筛
•     1.3.2 金属有机骨架
•     1.3.3 有机多孔聚合物
•     1.3.4 硅基介孔材料
•     1.3.5 活性炭
•   1.4 课题研究内容
• 第2章 甘蔗渣半焦特性分析
•   2.1 实验部分
•   2.2 半焦特性分析
•     2.2.1 元素分析
•     2.2.2 FT-IR分析
•     2.2.3 孔结构特征
• 2吸附性能'>    2.2.4 CO₂吸附性能
•   2.3 本章小结
• 2吸附性能'>第3章 热解法制活性炭及其CO₂吸附性能
•   3.1 实验部分
•   3.2 表面形貌与形态结构
•   3.3 表面特性
• 2吸附性能研究'>  3.4 热解型活性炭CO₂吸附性能研究
•     3.4.1 掺氮量对AC吸附性能的影响
•     3.4.2 KOH浸渍比对AC吸附性能的影响
•     3.4.3 活化温度对AC吸附性能的影响
• 2/N₂选择性'>  3.5 等量吸附热（Qst）和CO₂/N₂选择性
•   3.6 循环吸附性能
•   3.7 本章小结
• 2吸附性能'>第4章 水热法制活性炭及其CO₂吸附性能
•   4.1 实验部分
•   4.2 表面形貌与形态结构
•   4.3 表面特性
• 2吸附性能研究'>  4.4 水热型活性炭CO₂吸附性能研究
•     4.4.1 KOH浸渍比对HAC吸附性能的影响
•     4.4.2 活化温度对HAC吸附性能的影响
•     4.4.3 乙酸改性对HAC吸附性能的影响
• 2/N₂选择性'>  4.5 等量吸附热（Qst）和CO₂/N₂选择性
•   4.6 循环吸附性能
•   4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 创新点
•   5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2 攻读硕士学位期间获得的奖励

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张莉

导师: 韩军

关键词: 甘蔗渣,活性炭,制备,改性,吸附

来源: 武汉科技大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 有机化工,环境科学与资源利用

单位: 武汉科技大学

分类号: TQ424.1;X701

总页数: 64

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