Page 23 - 《精细化工》2021年第8期
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第 8 期                          徐永辉，等:  二氧化碳捕集材料的研究进展                                    ·1517·


                                          3+
                                     3+
                                                3+
                                                     n–
              3+
            M 代表三价阳离子，如 Al 、Cr 、Fe ；A 代表                       结果表明，在 50  ℃、0.1 MPa 下，样品对二氧化碳
                                            –
                                –
                                      2–
                          2–
                                                         –
                                                  –
            阴离子，如 CO 3 、Cl 、SO 4 、NO 3 、OH 、ClO 4 ，            的吸附容量最高为 0.87 mmol/g。多次循环吸附再生
            x 通常在 0.18~0.33 之间才能形成结晶度较高的类水                     实验结果表明，该材料作为 CO 2 吸附剂具有良好的
            滑石化合物      [43] 。由于其良好的层状结构，较高的比                   稳定性。水溶性有机溶剂法合成 LDH 材料，为 LDH
            表面积，被广泛应用于催化、吸附等方面，其作为                             在 CO 2 吸附和 CO 2 催化反应中的广泛应用提供了新
            吸附剂吸附 CO 2 有选择性高、稳定性强、成本低和                         的途径。
            储运方便等优点        [44-46] 。                               MANOHARA 等    [50] 以 Mg-Al-NO 3 层状双氢氧化
                 FENG 等  [47] 以氯化盐、硝酸盐和乙酸盐为前驱                  物为前驱体，采用阴离子交换法制备 MgAl-Ac 层状
            体，采用水热法制备镁铝类水滑石。结果表明，以                             双氢氧化物（LDH），利用醋酸的高水化能将 LDH
            氯化盐为前驱体的 MgAl(Cl)具有较高的结晶度和丰                        剥离成厚度为 2~3 nm 的纳米片。将 LDH 层的胶体
            富的孔隙结构，对 CO 2 的吸附能力最高，为                            悬浮液冷冻干燥以保持层处于剥落状态（如图 4 所
            0.156 mmol/g；而以乙酸盐为前驱体的 MgAl(Ac)结                  示）。与未剥离 LDH 衍生氧化物的比表面积
                                                                      2
            晶度差，表现出较差的 CO 2 吸附能力。随后，对                          （100 m /g）相比，该材料具有较高的比表面积
                                                                      2
            MgAl(Cl)进行碱蚀处理，发现碱蚀处理有效增加了                         （275 m /g），并且在 25 ℃、0.1 MPa 下，其二氧化
            吸附剂的比表面积和孔体积，有利于吸附活性位点                             碳吸附量为 1.4 mmol/g。将水剥离技术与冷冻干燥
            的暴露，从而吸附性能得到显著的提高。当碱蚀时                             技术相结合，稳定了脱落 LDH 的“触角”，抑制了
            间为 6 h 时，样品 MgAl(Cl)-6 的吸附性能最佳，为                   “触角”重新形成较厚的微晶。从热分解后得到的
            0.367 mmol/g。                                      氧化物残渣的颗粒分布和比表面积可以清楚地看
                 ZHU 等 [48] 以硝酸镁、硝酸铝和市售活性炭为原                   出，剥离和冷冻干燥技术抑制了较厚微晶的形成。
            料，采用共沉淀法制备镁铝水滑石/活性炭复合吸附                            该方法为制备 CO 2 吸附剂提供新的途径。
            剂。采用 XRD、BET、SEM 等方法对样品进行表征，
            结果表明，共沉淀法是合成复合吸附剂较为有效的
            方法。与活性炭和水滑石作为单组分吸附剂相比，
            该材料具有更大的吸附能力与更快的动力学速度，
            在 200  ℃时，其二氧化碳吸附量为 0.185 mmol/g；

            通过浸渍法将 K 2 CO 3 负载在复合吸附剂表面，在                               图 4  MgAl-Ac LDH 反应示意图     [50]
            200 ℃，3.0 MPa的条件下其吸附容量为1.741 mmol/g，                   Fig. 4    Schematic diagram of MgAl-Ac LDH [50]

            吸附性能得到提高。
                 SHANG 等   [49] 以硝酸镍与硝酸铝为原料，采用                     类水滑石吸附剂由于其独特的立体结构，具有
                                                               很高的比表面积，且其表面具有大量的碱性位，对
            共沉淀法制备镍铝水滑石吸附剂（M-Al-CO 3  LDHs，
                                                               CO 2 也有较好的循环性能，但此材料的吸附量较低，
            如图 3 所示）。
                                                               温度、金属含量、阴离子类型以及化学改性等对吸
                                                               附量有较大的影响。

                                                               5   金属氧化物及其盐


                                                                   二氧化碳是酸性气体，易与碱性化合物发生化
                                                               学反应生成不溶性碳酸盐而被吸附，金属氧化物的
                                                               碱性越强，其吸附 CO 2 的能力也越强。常用的碱金
                                                               属氧化物或盐包括 Na 2 O、K 2 O、CaO、MgO、Al 2 O 3 、
                                                               M 2 CO 3 （M 为 Na、K 等），其与 CO 2 发生化学反应：

                                                                              MO+CO 2 →MCO 3
                   图 3  M-Al-CO 3  LDHs 的结构示意图   [49]
                Fig. 3    Structural diagram of M-Al-CO 3  LDHs [49]     M 2 CO 3 +CO 2 +H 2 O→2MHCO 3

                                                                   由于其吸附作用以化学吸附为主，CO 2 吸附量
                 通过 XRD、N 2 吸脱附、TEM、EDX 和 TGA 等                很高，因此，金属氧化物及其盐作为中高温吸附剂
                                     2
            表征，该材料具有 249.45 m /g 的高比表面积和均匀                     具有很好的应用前景。
            的纳米花状形貌。对合成的材料在 3 种不同温度                                ZHU 等  [51] 将市售的镁铝水滑石在 K 2 CO 3 溶液
            （50、80、120  ℃）下的 CO 2 吸附性能进行评价。                    中浸渍，然后放入马弗炉中于 450 ℃下焙烧 3 h，从
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