改性多孔材料常温下吸附分离密闭空间二氧化碳

发布时间：2021-02-03 20:37

　　在密闭空间中,如载人航天飞行器、空间站和潜艇等,CO2去除是环境控制与生命保障系统的重要任务之一,其浓度过高将直接危害人体健康。密闭空间中CO2去除技术首先要求高效、稳定和安全,其次是装置体积小、重量轻、能耗低、寿命长,以及操作和维护简便。本论文围绕上述目标,基于吸附法效率高、可再生、低能耗和工艺相对简单等优势,选用新型多孔材料SBA-16和碳纳米管（CNTs）为载体、富氨基材料为改性剂开发制备新型CO2吸附剂。通过表面分析和性能测试对所合成吸附剂进行优选,并在模拟密闭空间条件下对优选出的固体胺吸附剂进行性能研究,并设计比较最佳脱附工艺,为实际应用奠定理论研究基础。得到以下一些结论：以多孔材料SBA-16、NTs为载体,四乙烯五胺（TEPA）、三乙烯四胺（TETA）为氨基改性剂,采用浸渍法合成新型CO2吸附剂。研究结果表明,吸附剂通过浸渍改性后均保持了原有主孔道结构。吸附剂的比表面积、孔容以及孔径随着TETA或TEPA浸渍量的增加而减小。改性后SBA-16和CNTs吸附剂的CO2吸附量随着TETA或TEPA浸渍量的升高而增加,并存在最佳浸渍量,均为30wt%左右。改性后SBA-16和C... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
目次
1 绪论
    1.1 立题依据
    1.2 研究基础及论文选题背景
2去除研究进展">2 密闭空间CO₂去除研究进展
2危害">    2.1 密闭空间中CO₂危害
2分离去除技术研究现状">    2.2 密闭空间CO₂分离去除技术研究现状
        2.2.1 金属化合物吸收法
        2.2.2 胺吸收法
        2.2.3 分子筛吸附法
        2.2.4 膜分离法
        2.2.5 生物法
        2.2.6 固体胺吸附法
        2.2.7 其它方法
        2.2.8 几种分离技术比较
2转化利用">    2.3 CO₂转化利用
2研究现状">3 固体胺吸附分离CO₂研究现状
    3.1 吸附分离基本原理
    3.2 吸附作用分类
    3.3 变温吸附法
    3.4 变压吸附法
    3.5 CO2吸附剂
        3.5.1 沸石分子筛
        3.5.2 活性炭
        3.5.3 金属氧化物类
        3.5.4 类水滑石类化合物
        3.5.5 表面改性多孔材料
    3.6 研究目的、研究路线和主要内容
        3.6.1 研究目的
        3.6.2 研究路线
        3.6.3 主要内容
4 实验方法和内容
    4.1 仪器设备
    4.2 实验材料
    4.3 吸附剂制备
        4.3.1 改性SBA-16吸附剂制备
        4.3.2 改性CNTs吸附剂制备
    4.4 吸附剂表征方法
        4.4.1 电子显微镜
        4.4.2 低温N2吸附脱附
        4.4.3 XRD分析
        4.4.4 热重分析
        4.4.5 元素分析
        4.4.6 傅里叶变换红外光谱
        4.4.7 拉曼光谱
        4.4.8 程序升温脱附
    4.5 CO2吸附实验
        4.5.1 动态吸附量计算
        4.5.2 物理吸附与化学吸附
    4.6 CO2再生脱附实验
2">5 密闭空间条件下氨基改性多孔材料吸附CO2

    5.1 引言
    5.2 前期研究成果
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 SBA-16性质分析
        5.3.2 CNTs性质分析
        5.3.3 与其他TEPA、TETA改性多孔材料吸附C02 吸附容量比较
    5.4 小结
2研究">6 改性碳纳米管动态吸附密闭空间CO₂研究
    6.1 引言
    6.2 结果与讨论
        6.2.1 表征结果分析
        6.2.2 CO2动态吸附容量
        6.2.3 物理吸附和化学吸附
        6.2.4 C02等温吸附线和吸附热
        6.2.5 水分存在对吸附过程的影响
        6.2.6 吸附动力学机制
        6.2.7 模拟密闭空间条件下CTP-30循环吸附/脱附再生稳定性
        6.2.8 吸附穿透曲线研究
    6.3 小结
7 C02脱附工艺研究及设想
    7.1 引言
    7.2 结果与讨论
        7.2.1 TPD实验
        7.2.2 真空脱附实验
    7.3 吸附脱附工艺概念设计
        7.3.1 流程设计
        7.3.2 概念工艺设计
    7.4 小结
8 结论与创新
    8.1 结论
    8.2 创新点
    8.3 工作展望
参考文献
作者简历及攻博期间发表论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]超枝化固体胺吸附分离烟气中二氧化碳[J]. 刘亚敏,史晶金,陈杰,施耀.  化工学报. 2011(03)
[2]氨基功能化SBA-16对CO2的动态吸附特性[J]. 史晶金,刘亚敏,陈杰,张瑜,施耀.  物理化学学报. 2010(11)
[3]密闭空间有害气体的吸附工艺研究[J]. 侯立安,吴鸿辉,王佑君.  环境工程. 2009(06)
[4]A novel application of the SAWD-Sabatier-SPE integrated system for CO2 removal and O2 regeneration in submarine cabins during prolonged voyages[J]. Zhi HUANG1, Zhao-bo CHEN1, Nan-qi REN1, Dong-xue HU2, Dong-huan ZHENG1, Zhen-peng ZHANG3 (1State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China) (2School of Materials Science & Chemical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China) (3Institute of Environmental Science and Engineering, Nanyang Technological University, 637723, Singapore).  Journal of Zhejiang University（Science A:An International Applied Physics & Engineering Journal）. 2009(11)
[5]水下航行器舱室内CO2的去除及O2再生工艺系统设计[J]. 郑东欢,李玉文,陈兆波,李永峰.  环境工程学报. 2009(01)
[6]Regeneration of 2-amino-2-methyl-1-propanol used for carbon dioxide absorption[J]. ZHANG Pei, SHI Yao,~* WEI Jianwen, ZHAO Wei, YE Qing Department of Environmental Science, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China..  Journal of Environmental Sciences. 2008(01)
[7]封闭空间CO2气体去除技术的研究现状与展望[J]. 汪波,耿世彬,韩旭.  建筑热能通风空调. 2007(06)
[8]氨基硅烷修饰的SBA-15用于CO2的吸附[J]. 王林芳,马磊,王爱琴,刘茜,张涛.  催化学报. 2007(09)
[9]介孔材料氨基表面修饰及其对CO2的吸附性能[J]. 赵会玲,胡军,汪建军,周丽绘,刘洪来.  物理化学学报. 2007(06)
[10]改性中孔分子筛SBA-16薄膜的合成及表征[J]. 史克英,池玉娟,金效齐,徐敏,袁福龙,付宏刚.  化学学报. 2005(10)

博士论文
[1]新型固体胺吸附分离烟气中二氧化碳[D]. 刘亚敏.浙江大学 2011
[2]介孔二氧化硅改性及其吸附CO2研究[D]. 魏建文.浙江大学 2009

硕士论文
[1]空间站中分子筛清除二氧化碳技术研究[D]. 杜大庆.天津大学 2010



本文编号：3017120

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