Page 21 - 《精细化工》2021年第8期

第 8 期 徐永辉，等: 二氧化碳捕集材料的研究进展 ·1515·

表面积和调节吸附剂的孔径。 孔径，形成相互连接的通道和网状结构，并且沸石
1.4 石墨烯 骨架中 CO 2 能与碱金属阳离子之间产生强静电作
石墨烯是一种相对较新的合成同素异形碳质材 用，因此，被广泛应用于二氧化碳气体的吸附。沸
料，由于其较大的比表面积、较高的机械强度、较 石吸附剂对气体的分离取决于各种因素：骨架的结
好的化学稳定性和高导热性，引起人们的广泛关注。 构和组成、阳离子的形式、分子的纯度、大小和形
MENG 等 [26] 指出，脱落的石墨烯纳米板是一种比较 状以及分子极性。传统的沸石吸附剂受碱度和孔隙
合适的二氧化碳吸附剂，在真空条件下，在 150~ 率等的影响，吸附能力有限，近年来不少研究者对
400 ℃内进行处理，可以从石墨氧化物上剥离出改 新型高效沸石进行研究 [27-29] 。
性的片状石墨烯纳米板。改性的吸附剂可以在 KIM 等 [30] 以氢氧化钾和氢氧化铝为原料，采用
25 ℃、3.0 MPa 下得到 56.4 mmol/g 的 CO 2 吸附量。 一步无模板水热法合成了部分锶掺杂的双锥纳米晶
基于石墨烯吸附 CO 2 的技术仍在不断地探索，在提 K-CHA 沸石微球，并对其形成机理进行研究。锶的
高对 CO 2 吸附速率和选择性方面仍存在改进的空间。 加入加速了其晶化过程，其晶化过程可分为 3 个阶
段：空心纳米球的形成和聚集、空心纳米球崩塌为
2 沸石
多层圆盘状颗粒以及旋转共生为层状 CHA 沸石微

沸石是一种含水的碱金属或碱土金属的硅铝酸 球（如图 1 所示）。所得 K-CHA 分子筛微球有良好
盐，理想的沸石化学式可表示为：M x/y [Al x Si y O 2(x+y) ]• 的吸附性能，在 25 ℃，1.0 MPa 时其对二氧化碳的
wH 2 O，式中 M 一般是碱金属（K、Na、Li）或者碱 吸附量为 3.80 mmol/g，由于钾离子的加入，对其吸
土金属（Mg、Ca、Ba 等），是一类具有骨架结构的 附选择性有较大的提高。因此，该材料是一种很有
微孔晶体硅酸盐材料。沸石具有 0.5~1.2 nm 的均匀 潜力的二氧化碳吸附剂。

图 1 K-CHA 沸石微球的晶化过程 [30]
Fig. 1 Crystallization process of K-CHA zeolite microspheres [30]

ZUKAL 等 [31] 对 6 种高硅沸石 TNU-9、IM-5、 SUN 等 [32] 以 N,N,N-三甲基-1-金刚烷胺氢氧化
SSZ-74、镁碱沸石、ZSM-5 和 ZSM-11 的 CO 2 吸附 物、正硅酸四乙酯为碳源，与乙氧基铝在静态条件
性能进行探究。结果表明，在 0.1 MPa 下，TNU-9 下加热合成 前驱体，然 后在 600 ℃焙烧合成
和 IM-5 对 CO 2 的吸 附量 分别能 达 到 2.61 和 H/SSZ-13；之后，使用过渡金属硝酸盐溶液代替
2.42 mmol/g。在较高的吸附量下，CO 2 在 TNU-9 的 NH 4 NO 3 溶液，通过离子交换将一系列过渡金属（镍、
等焓吸附热低于 IM-5；另一方面，TNU-9 沸石表现 锌、铜、钴、铁、铈、镧、银）引入 H/SSZ-13，合
出能量不均匀性，这会使 CO 2 从沸石通道中去除更 成 SSZ-13 分子筛。结合静态吸附和动态穿透实验，
困难。从吸附容量和能量均匀性考虑，6 种沸石中 验证了 SSZ-13 分子筛对 CO 2 的捕获具有很大的潜
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IM-5 最适合作为高效吸附剂。 力。引入过渡金属离子（Co 、Ni 、Zn 、Fe 、