氨基功能化沸石咪唑酯骨架材料的可控合成及CO2吸附机理研究

作     者：陈浩 

作者单位：重庆科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：董季玲

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：氨基化ZIF-8 CO2吸附 循环性能 吸附动力学 

摘      要：大气中CO浓度的增加是全球气温上升的主要原因。因此CO的捕获已成为当前人类面临的重大问题之一。特殊功能化修饰的MOFs材料具有吸附容量高、再生能耗低、选择性良好等优点,成为近年来的研究热点。因此本文以ZIF-8为载体,通过浸渍法开发了一系列氨基功能化的CO吸附剂,使用XRD、SEM、FT-IR、EA、BET、TGA等对吸附剂进行表征分析。通过调节改性剂负载量、进气流量、吸附温度对这些氨基功能化CO吸附剂的性能进行了研究。主要研究结果如下:(1)采用共沉淀法和浸渍法制备了ZIF-8以及TEPA修饰的NH-ZIF-8吸附剂,发现改性前后吸附剂的物相和微观形貌发生了明显变化,由表面粗糙的球状结构变为表面粗糙的多面体结构,其分散性得到了提高且结构及尺寸变得更加均匀,且改性后的TZA-1比表面积升高。当TEPA的负载量为1 m L、吸附温度为25℃、进气流速为70m L/min时,CO的吸附能力最强,其平衡吸附量为4.85 mmol/g。在经过5次吸脱附循环后,其吸附容量稳定在3.84 mmol/g,下降了20.8%。(2)为了改善NH-ZIF-8吸附剂的循环性能以及吸附容量,采用同步浸渍法制备了TEPA/PEG改性ZIF-8材料。发现随着PEG添加量的增加吸附剂的N含量逐渐降低,比表面积以及孔容、孔径都有明显的下降。当PEG的添加量为50 mg、吸附温度为25℃、进气流速为100 m L/min时,吸附剂的吸附容量达到最高,其平衡吸附量为4.88 mmol/g,较TEPA修饰的ZIF-8上升了0.6%,该吸附剂在进行5次吸脱附循环后,吸附容量保持在4.41 mmol/g,仅仅下降了9.6%。(3)采用表面活性法以及浸渍法制备了不同结构的ZIF-8以及DETA/TEPA修饰的NH-ZIF-8。结果表明改性后吸附剂的物相和微观形貌由片状结构变为螺母状结构,表面积以及孔容、孔径都有明显的下降,N含量大幅增加。当DETA:TEPA=3:7、吸附温度为25℃、进气流速为30 m L/min时,CO平衡吸附量达到了5.8 mmol/g,相较于TEPA修饰的ZIF-8材料提高了18.8%。在有水存在的条件下,吸附剂对CO的吸附性能达到了8.73 mmol/g,相较于无水存在时吸附性能提高了50%。(4)为了描述CO在吸附剂上的吸附行为,分析吸附剂的CO吸附速率,采用拟一级动力学模型、拟二级动力学模型、Avrami模型对三种吸附剂进行动力学拟合,发现三种吸附剂的吸附曲线都符合Avrami模型,且n值都在1-2之间,表明这三种吸附剂对CO的吸附都受化学吸附与物理吸附共同控制。