功能化離子液體及改性硅基介孔材料捕集CO2研究.pdf

1、CO2是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的最主要成分，因此碳捕集技術(shù)的研究受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。以液體為主體的吸收技術(shù)和以固體為主體的吸附技術(shù)是碳捕集技術(shù)的主要組成部分。這其中，離子液體具有不揮發(fā)、不燃燒、熱穩(wěn)定性好、溶解能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可調(diào)節(jié)并可循環(huán)使用等特性，在CO2的吸收/分離領(lǐng)域中展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。除此之外，硅基介孔材料改性成的固態(tài)胺吸附劑由于具有高吸收性能和高選擇性的特點(diǎn)，在捕集CO2領(lǐng)域也被廣為關(guān)注。在本工作中，系統(tǒng)研究了功能化離

2、子液體通過物理作用或化學(xué)作用對(duì)CO2的捕集行為，并通過擴(kuò)大孔徑縮短孔道進(jìn)程，深入研究了載體形貌結(jié)構(gòu)對(duì)硅基介孔材料胺化以后吸收CO2性能的影響，開發(fā)了具有高的CO2捕集能力、高選擇性、高吸脫附動(dòng)力學(xué)的碳捕集新材料。具體內(nèi)容如下:
　　1.合成了兩種氟化咪唑離子液體1-丁基-3-甲基咪唑七氟丁酸[C4mim][CF3CF2CF2COO]和1-丁基-3-甲基咪唑九氟丁基磺酸離子液體[C4mim][CF3CF2CF2CF2SO3],并進(jìn)行

3、了1H和13CNMR譜表征。在293.15至343.15K溫度范圍和高達(dá)8.9MPa的壓力范圍內(nèi)測(cè)定了CO2、H2、N2和O2在這兩種離子液體中的溶解度。利用這些數(shù)據(jù)，分別推導(dǎo)了這些氣體在兩種離子液體中的亨利常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能，標(biāo)準(zhǔn)溶解焓，及標(biāo)準(zhǔn)熵，計(jì)算了對(duì)CO2/O2、CO2/N2和CO2/H2的溶解度選擇性，分析了分子間的相互作用機(jī)理。將CO2在這兩種離子液體中的溶解度與帶有相同陽離子的其他含氟離子液體進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，CO2

4、在這些離子液體中的溶解度大小順序?yàn)?[C4mim][CF3CF2CF2CF2SO3]=[C4mim][Tf2N]＞[C4mim][CF3CF2CF2COO]＞[C4mim][CF3COO]＞[C4mim][CF3SO3]＞[C4mim][BF4]。此外，這些溶解度數(shù)據(jù)可以用Pitzer模型和Krichevsky-Kasarnovsky方程很好的關(guān)聯(lián)。
　　2.將三種氨基酸功能離子液體分散固載到介孔氧化硅材料SBA-15上用來吸收C

5、O2。SBA-15的大比表面積和獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)，大大提高了氨基酸離子液體對(duì)CO2的吸收能力。被充分分散的離子液體不再是堆積在一起而是被分別隔離至SBA-15獨(dú)立的各個(gè)孔道表面，使得胺基基團(tuán)與CO2按照1∶1的摩爾當(dāng)量比反應(yīng)生成氨基甲酸，從而達(dá)到了0.91mol CO2 mol-1 IL的吸收量。除此之外，CO2吸收能力可以通過調(diào)節(jié)氨基酸離子液體的負(fù)載量和吸收溫度而得到優(yōu)化。而且，吸收的CO2可以通過真空加熱的解吸方式得到完全釋放。分散到

6、SBA-15上的氨基酸離子液體在五次吸收-解吸的循環(huán)過程中性能穩(wěn)定。這項(xiàng)研究提供了一種與固體納米多孔材料聯(lián)用使得氨基功能化離子液體等摩爾吸收CO2的新方法，再加上它的穩(wěn)定性和可再生性，使得它有可能大大促進(jìn)離子液體碳捕集技術(shù)在工業(yè)上的實(shí)際應(yīng)用。
　　3.為了增強(qiáng)對(duì)CO2的吸附能力，制備了具有大孔徑和短孔道行程的層狀SBA-15，并用具有不同個(gè)數(shù)胺基基團(tuán)的氨基硅烷試劑（mono-，di-和tri-氨基硅烷）與其進(jìn)行硅烷化反應(yīng)接枝胺基。