Page 16 - 《精细化工》2023年第9期
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·1864·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            下其对二氧化碳的吸附性能测试发现：ZT7（沸石                            炭的 SEM 表征结果如图 8 所示，未改性生物炭的比
            的胺负载量为 7%）在 373 K 时的吸附容量最大，为                       表面积大于胺基功能化生物炭。未改性生物炭内部
            1.8 mmol/g。KARKA 等   [65] 合成了负载不同质量分数              呈现丰富的多孔结构，而胺基功能化生物炭内部发
            PEI 的沸石 13X 并测试了在 348 K、0.1 MPa 条件下                生毛孔堵塞现象。这是由于材料表面引入了含氮官
            PEI 负载量对沸石 13X 吸附性能的影响。结果表明：                       能团，导致胺膜堵塞孔隙，从而抑制微孔对二氧化
            PEI 负载量为 60%时，沸石 13X 表现出最高的吸附                      碳的吸附效果。在活性炭材料制备过程中，不同的
            容量，为 1.22 mmol/g。PEI 改性沸石 13X 的二氧化                 前驱体种类，选配胺基功能化试剂的种类以及浓度
            碳吸附容量是未改性 13X 的 2.3 倍。                             均会对材料吸附性能产生较大影响。最优的胺基功
                 KHAN 等  [66] 通过在 Co 基 MOFs 上嫁接有机胺，            能化选配方案以及负载胺浓度的最优值需要根据不
            制备得到 Co-MOF-11。在 273 K、0.1 MPa 条件下，                同的研究条件来确定。
            该材料对二氧化碳的饱和吸附容量达 8.15 mmol/g，
            CO 2 /N 2 的选择性达到 75%。针对无开放位点引入碱
            性官能团的问题，JUN 等          [67] 提出了用 TEPA 合成和
            修饰 MOF-808 的方案，如图 7 所示。该方案解决了
            没有开放的金属位点来引入胺基的难题。吸附性能测
            试结果表明，适量 TEPA 进行胺基功能化后的 MOF-

            808-TEPA 对二氧化碳的理想吸附溶液理论选择性
                                                               图 8  723  K 下炭化后原始材料(a)和胺基功能化材料(b)
            为 256，约为 MOF-808 的 7 倍；在 0.15 MPa 条件下                   的 SEM 图  [69]
            MOF-808-TEPA 的二氧 化碳吸 附容 量约为 原始                     Fig. 8  SEM images of raw materials (a) and amine functionalized
            MOF-808 的 2.5 倍。                                        materials (b) after 723 K carbonization [69]


                                                                   尽管杂原子掺杂和胺基功能化两种改性方法能
                                                               有效地提升吸附材料对二氧化碳的吸附能力，但也出
                                                               现一些不同的文献报道。如：杂原子掺杂和胺基功
                                                               能化后的吸附材料出现吸附性能下降的现象等                    [57,69] 。
                                                               因此，吸附材料制备过程中掺杂原子的种类和质量
                                                               以及负载有机胺试剂的种类和浓度对于吸附材料
                                                               吸附性能的影响规律有待根据特定工况深入分析
                                                               研究。


                                                               4   结束语与展望

                  图 7  TEPA 合成和修饰 MOF-808 的方案      [67]            现阶段，中国二氧化碳捕集技术的成熟程度差
            Fig. 7    Scheme for TEPA synthesis  and modification of
                   MOF-808 [67]                                异较大。化学吸收法处于工程应用示范阶段，但在

                                                               实验中发现，化学吸收法存在能耗高、对设备腐蚀
                 为探究胺基功能化对 BACs 二氧化碳吸附性能                       性强等劣势，制约了其在碳捕集领域的进一步推广。
            的影响，采用不同生物质作为前驱体制备了不同的                             采用固体吸附法实现电厂烟气中碳捕集的技术是化
            BACs 并测试其对二氧化碳吸附性能。WAN 等                    [68]   学吸收法的最佳替代方案，但目前该技术不够成熟，
            制备了椰壳生物炭和胺基功能化椰壳生物炭，在                              尚处于实验室研发阶段。通过加速研发低成本、高
            303 K 下，原始椰壳生物炭的吸附容量远低于胺基                          吸附性能的吸附材料来突破固体吸附法从实验室转
            功能化椰壳生物炭（0.8 mmol/g）。由此可见，胺基                       向示范工程的瓶颈。
            功能化是提高 BACs 吸附能力的方法之一。但与其                              尽管科研工作者通过理论分析、实验对沸石分
            研究结果不同的是，MADZAKI 等              [69] 以锯末和木屑        子筛、MOFs 和 ACs 等材料的吸附能力展开了大量
            为碳源制备生物炭，并用单乙醇胺（MEA）对其进                            研究并取得了一定成果，但依然存在许多问题有待
            行胺基功能化改性。结果表明，胺基功能化生物炭                             解决。以下总结了部分共性问题并针对共性问题给
            的二氧化碳吸附容量较未改性生物炭降低约 10%；                           出适当的建议，并展望了固体吸附法实现电厂烟气
            随着 MEA 浓度的增加，胺基功能化的生物炭对二                           中碳捕集技术在未来的发展方向。
            氧化碳的吸附容量随之降低。胺基功能化前后生物                                （1）合成工艺复杂和技术难题是制约固体吸附
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