Page 20 - 《精细化工》2021年第8期
P. 20

·1514·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            一定时间内将有增无减，中国已超越美国成为世界                             碳类材料有不同的种类，如活性炭、碳分子筛、碳
            上最大的 CO 2 排放国。习近平主席在第七十五届联                         纳米管和石墨烯。
            合国大会一般性辩论上的讲话指出，中国将力争                              1.1    活性炭
            2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和。碳达                           活性炭具有成本低、原料丰富、比表面积大和
            峰是指二氧化碳排放趋势由快到慢不断攀升、到达                             吸附能力强等优点，在吸附、催化等方面广泛应用。
            年增长率为零的拐点后持续下降的过程；碳中和是                             通常，活性炭材料用盐、碱或酸等化学物质进行活
            指二氧化碳“净零排放”，即碳排放量与碳清除量相                            化处理。KAUR 等        [23]  以聚对苯二甲酸乙二醇酯
            互抵消。要达到碳中和，一般有两种方法：一是通                             （PET）废弃物为碳源，以氢氧化钾为活化剂，在
            过特殊的方式去除温室气体，如植树造林、节能减                             活化过程中通入 N 2 ，经过高温焙烧制备了碱性更强
            排等碳补偿形式；二是使用可再生能源，减少碳排                             的增氧碳吸附剂。通过结构表征揭示了活化作用对
            放，如风能、太阳能、水能等零碳能源。根据国际                             比表面积和微孔体积的影响，其比表面积和微孔体
                                                                                          3
                                                                              2
            能源机构预测，直到 2030 年，化石燃料依然是主导                         积分别为 1690 m /g 和 0.78 cm /g。通过元素分析表
            能源   [12-13] 。因此，实现温室气体减排最有效的方法                    明，样品中含有 34.33%（质量分数）的氧原子，XPS
            ——CO 2 的捕集和储存技术（CCS），成为世界性的                        结果证实氧的存在提高了吸附剂的碱度，促进了
            基础研究热点之一         [14-15] 。CO 2 的排放主要是由发电           CO 2 的吸附；在 30  ℃、0.1 MPa 下对二氧化碳的吸
                                                        [9]
            厂、制造工厂以及运输车辆使用的燃油燃烧产生 。                            附量最大为 2.31 mmol/g。由于该材料的合成同时解
            因此，将二氧化碳从燃料气/烟气中分离出来是研究                            决了塑料废物的产生和二氧化碳的排放两个主要的
            的重点。                                               环境问题，因此具有双重效益，在实际应用中具有
                 目前，从烟道气中捕集 CO 2 主要方式有：吸收                      广阔的前景，但这些材料的热稳定性和吸附过程的
            法 [16] 、膜分离  [17] 、低温冷凝法   [18] 和固体吸附   [19] 。与    规模化仍需进一步研究。
            其他方式相比，使用固体吸附剂吸附二氧化碳具有                             1.2   碳分子筛
            吸附温度范围较广（室温~700  ℃）、吸附量高、回                             碳分子筛是具有分子大小孔径的微孔碳吸附
            收率高、材料稳定性好和吸附过程成本低等优点                      [20] 。  剂，碳分子筛吸附剂的制备过程一般包括 4 个步骤，
            吸附法也是目前使用最为广泛和成熟的捕集火电厂                             原料炭化、表面活化、通过化学气相沉积和芳香族
            排放 CO 2 的技术。                                       分子的后续炭化。MORALI 等           [24] 采用化学气相沉积
                 CO 2 吸附材料的吸附原理是由于 CO 2 分子和吸                   法来修饰碳分子筛。将从葵花籽提取粉中得到的活
            附剂表面之间的范德华力作用，以及 CO 2 分子与固                         性炭作为前驱体，然后将甲烷沉积在活性炭表面制
            体吸附剂表面的离子和极性位点之间的离子相互作                             备得到 CMS6，CMS6 在 0  ℃、0.1 MPa 下对二氧化
            用。目前，用于二氧化碳捕集的吸附材料主要有沸                             碳最大吸附量为 1.726 mmol/g，同时得出在 0  ℃、
            石、金属有机骨架材料、金属氧化物及其盐、碳类                             0.1 MPa 下孔径为 0.55~0.60 nm 时吸附效果最优的
            材料、水滑石类材料以及负载胺基材料。不同的吸                             结论。该方法为新型碳分子筛吸附剂的科学设计
            附剂在不同的条件下（温度、压力、二氧化碳浓度、                            提供了思路。
            气体组分等）具有不同的 CO 2 吸附性能，因此，需
                                                               1.3   碳纳米管
            要根据实际的应用条件而选择适合的吸附剂。理想
                                                                   碳纳米管作为一种新型的吸附剂引起人们的高
            的吸附剂需要满足以下几个要求：高二氧化碳吸附
                                                               度关注，然而对碳纳米管进行化学改性是提高吸附
            量、高吸附-脱附速率、良好循环稳定性、高杂质气
                                                               剂吸附二氧化碳能力的一种方法。HAO 等                 [25] 采用碳
            体耐受度、宽吸附工作区间、良好机械强度、低制
                                                               纳米管和离子液体对煤基多孔碳进行多功能化处
            备成本等。目前，仍没有满足以上所有要求的吸附
                                                               理，制备出一种 N、O 共同掺杂的碳纳米管复合材
            材料，每种材料都有其各自的优缺点。因此，在选
                                                               料（N,O-PC-CNTs）。这种材料不仅具有碳纳米管和
            择吸附剂时应综合考虑每种材料的优缺点，并根据
                                                               多孔炭的形貌，还形成了具有大量杂原子基团的三
            实际工况确定适合的吸附材料。
                                                                                                  2
                                                               维分层多孔结构。该吸附剂具有 2164 m /g 的高比表
            1   碳类吸附剂                                          面积，在 0.1 MPa，0 和 25 ℃的条件下，分别表现
                                                               出 5.7 和 3.7 mmol/g 的二氧化碳吸附量。并且这种
                 碳类材料通常由碳和其他相关材料组成，碳类                          吸附剂具有较高的循环稳定性，在 25 ℃经过 10 次
            材料的吸附原理是物理吸附，因具有良好的热稳定                             循环后，CO 2 吸附量仍保持初始值的 94%。总的来
            性和化学稳定性、良好的导热和导电特性、足够的                             说，碳纳米管是一种有研究前景的二氧化碳吸附剂，
            机械强度和弹性等特点而受到了广泛的研究                     [21-22] 。  可以通过改性和表面修饰的方法以提高吸附剂的比
   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25