Page 12 - 《精细化工》2023年第9期

·1860· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

表 4 未改性吸附材料吸附容量对比 料成为提升二氧化碳吸附性能的一种有效途径。复
Table 4 Comparison of adsorption capacity of unmodified 合型吸附材料是指通过特殊的处理手段，将两种或
adsorption materials
多种同类型或不同类型的吸附材料耦合在一起，将
吸附容量/ 参考
材料种类 吸附条件 多种材料的性能指标优势在复合型材料上集成。如
(mmol/g) 文献
复合型 MOF-MOF、沸石-MOF、MOF-BAC 等。
13X 沸石 40 ℃, 0.1 MPa 4.14 [24]
在固体吸附材料的研究过程中，研究人员发现，
NaY 沸石分子筛 50 ℃, 0.1 MPa 2.74 [25]
ACs 的成本低、再生能力强且耐水性好，具有孔隙
BAC-1 25 ℃, 0.1 MPa 4.8 [26]
结构丰富和碳骨架牢固稳定的优势，因此，常将 ACs
BAC-2 25 ℃, 0.1 MPa 4.5 [24]
MOF-5 55 ℃, 5 MPa 14.5 [27] 用作复合材料的载体。沸石分子筛对混合气体中特
Mg-MOF-74 45 ℃, 0.1 MPa 7.5 [28] 定气体选择性吸附能力强；MOFs 在高压条件下的
注：BAC-1 为以木屑为碳源制备的生物活性炭；BAC-2 为 吸附容量大且选择性吸附能力强；大部分金属氧化
以竹子为碳源制备的生物活性炭。 物在高温（>473 K）条件下能够保持良好的吸附性
能。按照不同应用场景的需求，通过原位合成法或异
1.2 化学吸附材料
位合成法等手段将上述材料与 ACs 进行复合研究，
金属氧化物类吸附材料主要包括碱金属氧化物
可以得到性能优化的复合型 AC-沸石、AC-MOF、
和碱土金属氧化物，这类材料主要以化学吸附为主。
AC-金属氧化物等 [30] 。以复合型 AC-MOF 吸附二氧
通常金属离子的电荷与离子半径比越小，金属离子
化碳为例，其吸附二氧化碳过程的示意图如图 5 所
越易电离，二氧化碳分子更容易被吸附在金属氧化
示。MOFs 和 ACs 在吸附过程中发挥优势互补作用，
物的强碱性位点上。这类金属氧化物易与二氧化碳
MOFs 可以提升复合型吸附材料的吸附容量，ACs
结合并形成碳酸盐，它们通常在高温（>473 K）条
可以降低复合型材料的再生能耗和成本。此外，两
件下具有较高的吸附容量和良好的二氧化碳选择性
者之间的静电力等相互作用力可以增加复合型材料
吸附能力。通过加热释放二氧化碳以实现吸附材料 对于二氧化碳的亲和力，提升复合型材料整体的吸
的再生 [29] ，再生过程如图 4 所示。 附性能。

图 4 金属氧化物吸附/再生过程示意图
Fig. 4 Structural diagram of metal oxide adsorption and
regeneration process

金属氧化物的原料来源广泛，制备工艺简单且
图 5 复合型 AC-MOF 材料吸附二氧化碳的原理图
成型产物机械强度高。但是部分金属氧化物（如 Fig. 5 Schematic diagram of carbon dioxide adsorption by
CaO）在高温（>473 K）下会产生表面烧结的现象， composite AC-MOF material
堵塞孔隙 [23] ，从而降低了其对二氧化碳的吸附能力。
此外，再生过程的高能耗和高成本也是制约金属氧 2 固体吸附材料吸附性能影响因素
[2]
化物推广使用的原因 。
1.3 复合型吸附材料 本节主要针对沸石分子筛、MOFs 和 ACs 吸附
电厂中理想的固体吸附材料应当具有较高的吸 性能研究中的主要影响因素进行总结，归纳不同条
附容量和吸附速率，较强的选择性吸附能力、耐水 件下吸附材料性能的变化规律，为工程应用提供指
性和再生能力以及低能耗和低成本的优势。现有技 导意见。
术条件下，理想吸附材料并不存在。在近些年的研 2.1 温度和压力
究中，尽管某种吸附材料在吸附容量或者选择性吸 固体吸附材料对二氧化碳的吸附性能与吸附过
附能力等方面表现优异，但是没有一种材料能够具 程中的温度和压力有关 [31-32] 。随着温度升高，沸石
备理想吸附材料的全部性能指标优势，它们在综合 分子筛的吸附容量和吸附速率呈下降趋势；随着压
吸附性能提升方面仍有优化的空间，复合型吸附材 力的增加，吸附容量随之增加，而 CO 2 /N 2 的选择性