CO2吸附劑的發(fā)展概述目錄TOC\o"1-3"\h\u18112CO2吸附劑的發(fā)展概述 1249641.1CO2吸附劑評(píng)價(jià)指標(biāo) 114361.2常見(jiàn)吸附劑種類 21.1CO2吸附劑評(píng)價(jià)指標(biāo)作為CO2的吸附材料，吸附劑的優(yōu)劣是成功分離捕獲CO2的關(guān)鍵，一種好的吸附劑應(yīng)當(dāng)具備以下這些特點(diǎn)，例如，它應(yīng)當(dāng)對(duì)CO2的吸附具備良好的選擇性、應(yīng)當(dāng)有著較高的CO2吸附容量及比表面積等、應(yīng)當(dāng)在使用過(guò)程中保持很好的活性，且對(duì)氣體中的其他成分有著較好的耐受性、還應(yīng)當(dāng)在分離過(guò)程中具備較高的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，且吸附和脫附CO2的速度也應(yīng)當(dāng)較為靈敏、其次還應(yīng)當(dāng)具有低廉的價(jià)格，具備較具潛力的應(yīng)用前景。但目前還未有具備上述所有特性的完美吸附劑，因此在吸附劑優(yōu)良與否的評(píng)價(jià)中，主要以以下幾點(diǎn)特性作為重要參考。1.選擇性CO2吸附劑的選擇性通常以，即分離因子來(lái)表示。它的大小代表了這種吸附劑把CO2從混合氣體中分離出來(lái)的難易程度，其定義為以下公式：當(dāng)?shù)扔?時(shí)，表示這種吸附劑對(duì)混合氣體中A與B氣體的吸附能力差不多，當(dāng)大于1時(shí)表明吸附劑對(duì)A氣體的吸附性更強(qiáng)，反之則對(duì)B氣體的吸附性更強(qiáng)。一般情況下，只有當(dāng)大于3時(shí)吸附劑才具有經(jīng)濟(jì)上的可行性，而當(dāng)小于2時(shí)，則難以設(shè)計(jì)出較為經(jīng)濟(jì)的吸附工藝。因此，這項(xiàng)參數(shù)對(duì)吸附劑能否大規(guī)模應(yīng)用有著極為重要參考價(jià)值。2.吸附容量一般來(lái)說(shuō)，吸附劑比表面積越大，吸附容量就越高。當(dāng)吸附劑的吸附容量越高時(shí)，相關(guān)的設(shè)備就可以縮小體積，從而節(jié)省成本。因此，吸附容量對(duì)吸附劑吸附效率來(lái)說(shuō)是個(gè)相當(dāng)重要的參數(shù)。3.吸附劑活性吸附劑活性的持續(xù)性和耐久性對(duì)吸附劑的選擇也起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)榛钚圆缓没蛘卟环€(wěn)定的吸附劑，會(huì)使吸附成本大幅上升，從而使吸附劑的使用不具備經(jīng)濟(jì)上的可行性。因此，從CO2分離捕集成本及經(jīng)濟(jì)性上來(lái)講，吸附劑活性的影響講尤為重要。1.2常見(jiàn)吸附劑種類CO2吸附劑按理化性質(zhì)可以分為物理吸附劑和化學(xué)吸附劑兩種ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>W</Author><Year>2016</Year><RecNum>78</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">18</style></DisplayText><record><rec-number>78</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rfddx92zjt5ffneazpep0d9u2z590rr5rx0t"timestamp="1620831917">78</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>HahnMaximilianW</author><author>JelicJelena</author><author>BergerEdith</author><author>ReuterKarsten</author><author>JentysAndreas</author><author>LercherJohannesA</author></authors></contributors><auth-address>DepartmentofChemistry,CatalysisResearchCenter,TechnischeUniversit?tMünchen,Lichtenbergstra?e4,85747Garching,Germany.;;DepartmentofChemistry,CatalysisResearchCenter,TechnischeUniversit?tMünchen,Lichtenbergstra?e4,85747Garching,Germany.;;DepartmentofChemistry,CatalysisResearchCenter,TechnischeUniversit?tMünchen,Lichtenbergstra?e4,85747Garching,Germany.;;DepartmentofChemistry,CatalysisResearchCenter,TechnischeUniversit?tMünchen,Lichtenbergstra?e4,85747Garching,Germany.;;DepartmentofChemistry,CatalysisResearchCenter,TechnischeUniversit?tMünchen,Lichtenbergstra?e4,85747Garching,Germany.;;DepartmentofChemistry,CatalysisResearchCenter,TechnischeUniversit?tMünchen,Lichtenbergstra?e4,85747Garching,Germany.</auth-address><titles><title>RoleofAmineFunctionalityforCO2ChemisorptiononSilica</title><secondary-title>Thejournalofphysicalchemistry.B</secondary-title></titles><periodical><full-title>Thejournalofphysicalchemistry.B</full-title></periodical><volume>120</volume><number>8</number><dates><year>2016</year></dates><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>18，也可以根據(jù)吸附劑的使用溫度不同將其分為高溫吸附劑和低溫吸附劑兩種。物理吸附劑通常情況下都是無(wú)毒的固體吸附劑，大多數(shù)都具有較大的比表面積，并且來(lái)源廣泛價(jià)格低廉，因此受到了極為廣泛的應(yīng)用。例如活性炭吸附劑、沸石分子篩吸附劑、金屬有機(jī)骨架(MOF)吸附劑等，它們通過(guò)自身獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)，將混合氣體中的CO2吸附到吸附劑的表面。這類吸附劑通常屬于常溫或低溫吸附劑，其具有吸附選擇性低，吸附過(guò)程受水的影響較大，再生能耗大等特點(diǎn)。化學(xué)吸附劑是利用吸附劑表面的化學(xué)分子與CO2分子相互反應(yīng)，從而將CO2從混合氣中吸附分離出來(lái)。這類吸附劑主要包括固體胺吸附劑和水滑石類化合物以及表面改性多孔材料等吸附劑。其中，固體胺吸附劑是化學(xué)吸附劑中最具代表性的吸附劑種類，這類吸附劑極大地強(qiáng)化了載體本身的吸附能力，還使得吸附劑同時(shí)具有了CO2化學(xué)吸附的作用和物理吸附的作用，使得分離效果顯著提升?？傊?，不論是物理吸附劑還是化學(xué)吸附劑，新型吸附劑的研究與發(fā)展始終在一直不斷地進(jìn)行著。本文著重于吸附劑的制備，且制備的吸附劑屬于物理吸附劑，因此下面主要介紹幾種目前研究較多的物理吸附劑。1.2.1活性炭吸附劑活性炭是一種經(jīng)過(guò)特殊處理的炭，其經(jīng)過(guò)特殊處理后能夠形成一種微孔發(fā)達(dá)的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)微小的孔隙。如圖2-2所示。活性炭孔隙結(jié)構(gòu)圖由圖片可以直觀看出，這種發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積非常大，因而可以達(dá)到很高的吸附容量，另外由于活性炭這種吸附材料來(lái)源廣泛，與其他吸附劑相比工業(yè)化生產(chǎn)成本較低，因此作為一種性價(jià)比很高的吸附劑，它在CO2吸附領(lǐng)域被廣泛使用。根據(jù)制作材料的差異性，不同的材料做出來(lái)的活性炭有著不同的微觀結(jié)構(gòu)，且其性能也有所不同。通常情況下活性炭吸附劑在常溫或低溫下吸附性能都很優(yōu)良，但鑒于這種吸附劑是物理吸附，其吸附性能隨溫度升高下降較快，所以在煙道氣中CO2的富集領(lǐng)域應(yīng)用還是比較難。但目前也有很多對(duì)改性活性炭的研究。如郭慧嫻等人ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>郭慧嫻</Author><Year>2020</Year><RecNum>88</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">19</style></DisplayText><record><rec-number>88</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rfddx92zjt5ffneazpep0d9u2z590rr5rx0t"timestamp="1621436982">88</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>郭慧嫻</author><author>李水娥</author><author>張勇</author><author>劉小勇</author><author>王超</author><author>彭簫</author><author>劉富勤</author></authors></contributors><auth-address>貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院;貴州省冶金工程與過(guò)程節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;</auth-address><titles><title>改性活性炭對(duì)煙氣中CO_2吸附性能的影響</title><secondary-title>濕法冶金</secondary-title></titles><periodical><full-title>濕法冶金</full-title></periodical><pages>156-159</pages><volume>39</volume><number>02</number><keywords><keyword>活性炭</keyword><keyword>NaOH</keyword><keyword>改性</keyword><keyword>吸附</keyword><keyword>CO_2</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1009-2617</isbn><call-num>11-3012/TF</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>19分別以、、、為改性劑對(duì)活性炭進(jìn)行浸漬，制備了一系列活性炭，并檢驗(yàn)了這些改性后的活性炭吸附劑對(duì)煙道氣CO2的吸附效果，結(jié)果表明用改性后的活性炭吸附劑吸附CO2的性能最好，其吸附CO2的效果比改性前有了明顯的提升。最后，他們通過(guò)不同條件對(duì)吸附劑吸附效果的影響實(shí)驗(yàn)，確定了此種改性活性炭吸附劑改性劑的最佳用量為140ml左右、最佳改性時(shí)間為6h左右、最佳改性溫度為70℃、最佳干燥時(shí)間為4h左右。由他們的研究可以看出，用改性后的活性炭吸附劑不僅改性方法簡(jiǎn)單且改性后的吸附效果也有了明顯的提升。1.2.2沸石分子篩吸附劑沸石分子篩吸附劑是以和為主要成分的結(jié)晶硅鋁酸鹽，是具有一定骨架結(jié)構(gòu)的微孔晶體材料。其表面為固體骨架，內(nèi)部為分布非常均一的孔穴，這種孔穴將固定大小的氣體分子吸附到空穴內(nèi)部，而把其他大小的分子排斥在空穴外面，從而選擇性地將不同的氣體分子篩分開來(lái)，同時(shí)，沸石分子篩內(nèi)部具有較強(qiáng)的極性且陽(yáng)離子可以和CO2等氣體分子發(fā)生強(qiáng)靜電作用，因此這些都致使沸石分子篩具備良好的吸附性。但這種吸附劑對(duì)H2O的極性吸附也很強(qiáng)，產(chǎn)生了與CO2的吸附競(jìng)爭(zhēng)性，因此，很難在煙氣分離CO2中進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用，這是這種吸附劑目前存在的最主要的障礙。但考慮到這種吸附劑材料成本低廉，且從其他性能方面來(lái)講仍是非常好的吸附材料，因此沸石分子篩吸附劑的研究還是具有一定的潛在價(jià)值，各種改性的新型沸石分子篩吸附劑的研發(fā)也在不斷進(jìn)行著。牟彤彤ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>牟彤彤</Author><Year>2018</Year><RecNum>89</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">20</style></DisplayText><record><rec-number>89</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rfddx92zjt5ffneazpep0d9u2z590rr5rx0t"timestamp="1621499481">89</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>牟彤彤</author></authors><tertiary-authors><author>于慶波,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>高爐渣制備13X沸石分子篩及其吸附性能的研究</title></titles><keywords><keyword>高爐渣</keyword><keyword>13X沸石分子篩</keyword><keyword>CO_2</keyword><keyword>吸附性能</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>東北大學(xué)</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>20以工業(yè)煉鐵后的高爐渣為原材料，成功制備出了13Ｘ型沸石分子篩。她首先使用鹽酸酸漬高爐渣制成硅膠溶液，再用水熱合成法合成了13Ｘ型沸石分子篩，并通過(guò)對(duì)制得的樣品進(jìn)行Ｘ射線衍射分析和掃描電鏡分析后確定了在晶化時(shí)間為6h，晶化溫度為90℃，硅鋁比為2.8，鈉硅比為2.8，水鈉比為45的反應(yīng)條件下，制得的13Ｘ沸石分子篩吸附劑吸附分離CO2的效果最好。最后，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了這種吸附劑進(jìn)行工業(yè)吸附的可行性，其不僅減少了沸石分子篩的制備成本，而且又為沸石分子篩吸附劑的制備增添了一種新的方法。1.2.3金屬有機(jī)骨架（MOF）吸附劑金屬有機(jī)骨架(MOFs)是近二十年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的一類新型多孔材料，它是無(wú)機(jī)金屬離子與有機(jī)聯(lián)結(jié)體通過(guò)自組裝相互連接而成，形成的周期性網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。幾種常見(jiàn)的MOFS材料的晶體結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3不同種類的金屬-有機(jī)骨架材料的晶格結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)圖片可以看出，這些MOFs材料的晶體結(jié)構(gòu)通常多為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而這種材料具有較多的孔隙和非常大的比表面積，有著相當(dāng)可觀的吸附容量。另外由于這種吸附材料的孔隙結(jié)構(gòu)規(guī)整、可調(diào)，金屬離子與CO2之間具有很強(qiáng)的吸附性，這些特性都賦予了這類吸附劑對(duì)CO2良好的可調(diào)性及選擇性。除此以外，金屬-有機(jī)骨架材料（MOFS）還具備穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)多樣化等特點(diǎn)，因此在CO2吸附領(lǐng)域被廣泛使用且展現(xiàn)出很大的應(yīng)用潛力，各種新型的MOFS吸附劑也一直處于不斷的研究之中。張林建等人ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張林建</Author><Year>2019</Year><RecNum>90</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">21</style></DisplayText><record><rec-number>90</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rfddx92zjt5ffneazpep0d9u2z590rr5rx0t"timestamp="1621522696">90</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>張林建</author><author>李芳芹</author><author>任建興</author><author>李夢(mèng)奇</author><author>馬利斌</author></authors></contributors><auth-address>上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工