论文总字数：22825字

摘 要

在当今，我们对不可再生化石燃料的消费越来越多，不仅造成能源消耗的问题，同时也加剧了全球气候变暖的问题，因此，CO₂的捕集技术有着不可忽视的实际意义。其中，固体胺吸附剂对CO₂具有良好的吸附性能，是吸附CO₂ 的理想材料，在吸附剂领域引起了众多学者的广泛关注，在研究方面有着重要科研意义和工业化应用前景。本文正是基于以上背景，展开了以大孔吸附树脂为基体的改性吸附剂的研究工作。从吸附容量、吸附热和胺的利用率等方面研究吸附剂对二氧化碳的吸附行为，吸附剂HPD-300/PEI-60的吸附容量最大(4.66 mmol/g)和胺利用率最高(0.33mmol of CO₂/N)。接着，进一步研究吸附剂于烟道条件下的动态吸附情况，实验考察了温度和水汽对吸附剂动态吸附性能的影响，以HPD-300/PEI-60为例，15%二氧化碳浓度下，在50-75 °C(烟道气典型温度)内吸附性能最好，下吸附容量从 2.77 mmol/g提高到 3.07 mmol/g，表明水蒸气对吸附过程具有促进作用。最后，对该吸附剂的稳定性和循环二氧化碳容量进行了测试，以评价其工业应用的可能性。

关键词：CO₂吸附 PEI改性吸附剂 烟道气 树脂

Study on Macroporous Resin Modified by Organic Amine and Its Adsorption Performance for Carbon Dioxide

Abstract

Today, our consumption of non-renewable fossil fuels is increasing, which not only causes energy consumption problems, but also exacerbates the problem of global warming. Therefore, the CO₂ capture technology has practical significance that cannot be ignored. Among them, the solid amine adsorbent has good adsorption performance for CO₂, and is an ideal material for adsorbing CO₂. It has fascinated extensive concerns from a great deal of researchers in the field of adsorbents, and has important scientific research significance and industrial application prospects in research. Based on this background, this paper carried out the preparation of solid-state amine adsorbent for macroporous adsorption resin matrix. The adsorption behavior of adsorbent on carbon dioxide was studied from the aspects of adsorptive capacity, amine utilization and heat of adsorption. HPD-300/PEI-60 has the highest adsorption capacity (4.66 mmol/g) and the highest amine utilization rate (0.33 mmol of CO₂/N). Afterwards, we further discussed the dynamic sorption of sorbents under exhaust gas requirements. The influence of humidity and water vapor on the dynamic absorpting ability of the adsorbent were investigated. The adsorption performance was best at 50-75 °C (typical temperature of flue gas). Taking HPD-300/PEI-60 as an example, the adsorption capacity increased from 2.77 mmol/g to 3.07 mmol/g at 15% carbon dioxide concentration, indicating that water vapor promoted the adsorption process. Finally, the stability of the adsorbent and the circulating carbon dioxide capacity were tested to evaluate the possibility of its industrial application.

Key word: CO₂ adsorption; PEI Modified Adsorbent; Flue gas; Resin

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1研究背景 1

1.2二氧化碳捕集技术 2

1.2.1吸收法 2

1.2.2膜分离法 2

1.2.3吸附法 3

1.3 吸附剂种类 3

1.3.1沸石分子筛 3

1.3.2活性炭 3

1.3.3活性氧化铝 4

1.3.4改性吸附剂 4

1.4 研究思路 6

第二章 实验部分 9

2.1 实验原料及试剂 9

2.2试验设备及仪器 9

2.3材料及制备 10

2.3.1 实验材料 10

2.3.2 分析方法 10

2.4二氧化碳吸附测量 10

第三章 烟道气条件下的二氧化碳吸附 12

3.1 PEI负载对二氧化碳吸附的影响 12

3.2吸附热 14

3.3温度对二氧化碳吸附的影响 15

3.4水对二氧化碳吸附的影响 17

3.5稳定性 20

第四章 结论 23

参考文献 24

致 谢 28

第一章 文献综述

1.1研究背景

全球变暖作为一项全球性的气候问题已经引起了各国政府和人民的广泛关注，长久以来认为，温室气体的大量排放导致了世界范围中的气候变暖问题，而其中二氧化碳对为温室气体提供了高达百分之八十左右。在联合国政府间气候变化站门委员会在第三次报告中明确了全球性的气候变暖和气候异常情况主要是由于人类的活动，同时在《第四份气候变化评估报告》中指出“依据此时的扩大速度，到21世纪为止，世界各地的温度可能上升约1~6 °C，而海平面则会上升至少18cm。若温度提升的幅度大于1.5 °C，则全球植物及动物的种类中有近两至三成的将面临灭绝；如果温度提升的幅度大于3.5 °C，那么冰川将会大面积的消融，冰川中四至七成的物种将面临灭绝，一些海中的岛均国家将不断的被升高的海平面淹没，气候的改变严重威胁着地球生物及人类的生存”^[1]。

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