温室气体CO 2 捕集及多金属氧酸盐催化转化CO 2 性能研究

发布时间：2023-03-30 01:36

　　C02作为一种最主要的温室气体,各国为了减少其排放也相继提出低碳经济,并积极研发节能减排的新途径。将捕集存储的C02进一步转化成合成气、烃类、醇类、羧酸等化学物质,既能降低C02排放,减缓温室效应,又能将C02中的碳源以利用价值高的化学产品形式储存下来,从而达到节能减排、C02资源化利用的目的。目前,C02捕集存储(CO2 capture and storage, CCS)技术可以在源头捕集C02并将其存储在设备中,将富集后的C02进行统一、有效的转化是CCS技术的最终意义所在。本文以功能化离子液体为主体,将其负载到载体分子筛上,制备了固载离子液体并考察其对C02的吸附性能以及可再生效果。制备四个Keggin结构杂多化合物体系(包括不同金属原子取代杂多酸盐,负载型杂多酸,LnL2型稀土杂多酸盐,钨、钒取代杂多酸),催化C02和C3H6直接合成甲基丙烯酸(MAA)反应,并对其进行综合评价,筛选最优催化效果的催化剂对反应条件进行优化。合成了功能化离子液体负载型C02吸附剂,该吸附剂既保留了离子液体优良的稳定性、C02良好的溶解性、绿色无污染等优点,又通过载体分子筛解决了吸附速率慢、不可再生...

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 CO₂与温室效应
        1.1.1 CO₂的来源
        1.1.2 温室效应
            1.1.2.1 温室效应简介
            1.1.2.2 温室效应危害
            1.1.2.3 温室效应解决策略
    1.2 CO₂捕集与封存技术(CCS)
        1.2.1 CCS技术构成
        1.2.2 CCS技术成本
        1.2.3 CCS技术现状
            1.2.3.1 CCS技术发展与国际现状
            1.2.3.2 CCS技术国际现状
            1.2.3.3 CCS技术国内现状
        1.2.4 前景展望
    1.3 CO₂资源化利用简介
        1.3.1 CO₂加氢
            1.3.1.1 合成甲醇
            1.3.1.2 合成甲酸(DME)
            1.3.1.3 合成甲烷
            1.3.1.4 合成烯烃
            1.3.1.5 合成甲酸
        1.3.2 CO₂和烃类反应
            1.3.2.1 甲烷重整(CRM)
            1.3.2.2 CO₂和饱和烃的氧化反应
            1.3.2.3 烃类和芳香族化合物的羧基化
        1.3.3 与含氧有机物的反应
            1.3.3.1 CO₂和甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)
            1.3.3.2 CO₂和环氧化物合成环状碳酸酯
        1.3.4 CO₂与其他化合物的反应
        1.3.5 前景
    1.4 杂多化合物
        1.4.1 杂多化合物的合成
        1.4.2 杂多化合物性质
            1.4.2.1 酸性
            1.4.2.2 杂多化合物氧化还原性
            1.4.2.3 “假液相”性
        1.4.3 杂多化合物的发展与应用
        1.4.4 Keggin结构杂多化合物
    1.5 选题意义及研究内容
        1.5.1 选题意义
        1.5.2 研究内容
第二章 分子筛负载功能化离子液体对CO₂的捕集
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验材料与仪器
        2.2.2 吸附剂制备
        2.2.3 CO₂吸附及再生实验步骤及装置
        2.2.4 吸附剂表征
            2.2.4.1 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            2.2.4.2 X射线粉末衍射(XRD)
            2.2.4.3 热重分析(TG-DSC)
            2.2.4.4 扫描电镜(SEM)
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 实验结果与讨论
            2.3.1.1 最佳吸附剂筛选
            2.3.1.2 温度对CO₂吸附量的影响
            2.3.1.3 负载量对CO₂吸附量的影响
            2.3.1.4 吸附再生实验
        2.3.2 表征结果与讨论
            2.3.2.1 红外FT-IR表征结果及分析
            2.3.2.2 XRD表征结果及分析
            2.3.2.3 扫描电镜表征结果及分析
            2.3.2.4 热重表征结果及分析
    2.4 小结
第三章 金属杂多酸盐对CO₂和C₃H₆的催化转化
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验材料与仪器
        3.2.2 催化剂制备
        3.2.3 实验步骤及装置
            3.2.3.1 催化剂评价
            3.2.3.2 甲基丙烯酸标线制备
        3.2.4 催化剂表征
            3.2.4.1 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            3.2.4.2 X射线粉末衍射(XRD)
            3.2.4.3 热重分析(TG-DSC)
            3.2.4.4 气相质谱联用分析(GC-MS)
            3.2.4.5 质谱分析(MS)
            3.2.4.6 CO₂和C₃H₆程序升温脱附(TPD)
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 实验结果与讨论
            3.3.1.1 Keggin结构不同金属杂多酸盐催化性能比较
            3.3.1.2 Tsigdions法制备催化剂对催化性能的影响
            3.3.1.3 不同Co含量的影响
            3.3.1.4 反应温度的影响
            3.3.1.5 空速的影响
            3.3.1.6 反应物剂量比的影响
            3.3.1.7 反应压力的影响
            3.3.1.8 CO₂转化率随反应时间的变化
        3.3.2 表征结果与讨论
            3.3.2.1 红外FT-IR表征结果及分析
            3.3.2.2 XRD表征结果及分析
            3.3.2.3 热重表征结果及分析
            3.3.2.4 CO₂和C₃H₆程序升温脱附(TPD)
            3.3.2.5 GC-MS与MS结果分析
    3.4 小结
第四章 负载型杂多酸对CO₂和C₃H₆的催化转化
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验材料与仪器
        4.2.2 催化剂制备
        4.2.3 实验步骤及装置
            4.2.3.1 催化剂评价
            4.2.3.2 甲基丙烯酸标线制备
        4.2.4 催化剂表征
            4.2.4.1 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            4.2.4.2 X射线粉末衍射(XRD)
            4.2.4.3 热重分析(TG-DSC)
            4.2.4.4 CO₂和C₃H₆程序升温脱附(TPD)
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 实验结果与讨论
            4.3.1.1 不同负载型杂多酸对CO₂的催化转化性能
            4.3.1.2 浸渍法和机械研磨法制备的H₄SiW₁₂O₄₀/NaY催化性能对比
            4.3.1.3 不同温度对负载型杂多酸催化CO₂转化性能对比
            4.3.1.4 不同空速对负载型杂多酸催化CO₂转化性能对比
            4.3.1.5 不同压力对负载型杂多酸催化CO₂转化性能对比
            4.3.1.6 不同负载量对负载型杂多酸催化CO₂转化性能对比
        4.3.2 表征结果与讨论
            4.3.2.1 红外FT-IR表征结果及分析
            4.3.2.2 XRD表征结果及分析
            4.3.2.3 热重表征结果及分析
            4.3.2.4 CO₂和C₃H₆程序升温脱附(TPD)
    4.4 小结
第五章 LnL₂型稀土杂多酸盐对CO₂和C₃H₆的催化转化
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验材料与仪器
        5.2.2 催化剂制备
        5.2.3 实验步骤及装置
            5.2.3.1 催化剂评价
            5.2.3.2 甲基丙烯酸标线制备
        5.2.4 催化剂表征
            5.2.4.1 波长色散X射线荧光光谱仪(XRF)
            5.2.4.2 比表面积分析(BET)
            5.2.4.3 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            5.2.4.4 X射线粉末衍射(XRD)
            5.2.4.5 热重分析(TG-DSC)
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 实验结果与讨论
            5.3.1.1 LnL₂型稀土杂多酸盐的催化性能比较
            5.3.1.2 反应温度的影响
            5.3.1.3 空速的影响
            5.3.1.4 反应压力的影响
        5.3.2 表征结果与讨论
            5.3.2.1 XRF和BET
            5.3.2.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            5.3.2.3 X射线粉末衍射(XRD)
            5.3.2.4 热重分析(TG-DSC)
    5.4 小结
第六章 钨、钒取代Keggin结构杂多酸对CO₂和C₃H₆的催化转化
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验材料与仪器
        6.2.2 催化剂制备
        6.2.3 实验步骤及装置
            6.2.3.1 催化剂评价
            6.2.3.2 甲基丙烯酸标线制备
        6.2.4 催化剂表征
            6.2.4.1 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
            6.2.4.2 X射线粉末衍射(XRD)
            6.2.4.3 热重分析(TG-DSC)
            6.2.4.4 CO₂和C₃H₆程序升温脱附(TPD)
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 实验结果与讨论
            6.3.1.1 不同杂多酸催化性能对比
            6.3.1.2 温度的影响
            6.3.1.3 空速的影响
            6.3.1.4 压力的影响
        6.3.2 表征结果与讨论
            6.3.2.1 红外FT-IR表征结果及分析
            6.3.2.2 XRD表征结果及分析
            6.3.2.3 热重表征结果及分析
            6.3.2.4 CO₂和C₃H₆程序升温脱附(TPD)
    6.4 小结
第七章 结论与建议
    7.1 结论
    7.2 课题创新点
    7.3 存在问题与建议
参考文献
致谢
附录
博士期间学术成果
博士期间所获荣誉
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3774913