二氧化碳吸附的应用Word文件下载.docx
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目前工業界廣泛使用的方法為溶劑吸收法,也就是化學吸收,常用的溶劑為具醇胺官能基的鹼性溶劑,例如:
monoethanolamine(MEA)、diethanolamine(DEA)、methyldiethanolamine(MDEA)、triethanolamine(TEA)。
溶劑吸收法可以有效的吸附大量的二氧化碳,但仍有不足之處,在回收溶劑時需要消耗很多的能源才能將二氧化碳脫出,並且這些鹼性溶液會腐蝕機械,所以需大量的水稀釋。
溶劑吸收法中的胺基對於二氧化碳的化學吸附很強,所以選擇率很高,但液態溶劑需大量能源回收吸收液,非常耗能,因此固體吸附劑開始受到重視。
而固體吸附劑中最具潛力的是孔洞材料,因孔洞材料具有高表面積,可以利用其高表面積吸附二氧化碳,如分子篩、活性碳。
更可引入胺基官能基到孔洞中,使其對二氧化碳有高吸附量以及高選擇率。
第二章研究目的與實驗
本文旨在製備兩種可用來分離二氧化碳的材料,分別為Y型沸石薄膜以及具胺基中孔洞二氧化矽。
在第一部份,我們利用調控合成時的熟化時間、加熱時間以及反應時攪拌的速度,製備出顆粒大小均一的純相Y型奈米沸石。
我們利用合成出的Y型奈米沸石,以浸漬塗佈的方式分別在矽晶片以及氧化鋁管上製備不同厚度的Y型沸石薄膜。
另外也嘗試製備具胺基二氧化矽/Y型沸石的複合膜。
在第二部份中我們使用具氯丙基SBA-15作為基材,用含浸的方法將直鏈與支鏈的聚乙基胺以共價鍵結方式嫁接於SBA-15的孔洞內,所得的材料以粉末X光繞射儀、氮氣吸脫附分析儀、熱重分析儀進行分析。
我們將這些具胺基PEI-SBA-15在不同溫度以及壓力下進行二氧化碳的吸附測試,結果顯示PEI-SBA-15具有高吸附量以及穩定性。
後修飾嫁接法
沾取塗佈法製造薄膜
第三章結果與討論
在第一部分,我們成功的以調控合成條件合成出30nm且大小均一的Y型奈米沸石。
藉由浸漬塗佈法可成功地在矽晶片上製備Y型沸石薄膜,並且可經由塗佈的次數調控所需的沸石薄膜厚度,同時亦可以利用沸石懸浮液在不對稱氧化鋁管上製備出1~2μm平坦無裂縫的Y型沸石透膜。
而我們使用溶膠凝膠的方式可成功的在矽晶片上製備出二氧化矽/Y型沸石複合膜;
但是在製備複合透膜時,由於氧化鋁管的孔隙不易掌控,所以在氧化鋁管內部製備出複合透膜有少許裂縫,因此希望未來可以朝調控buffersolution成分方面著手,以製備出二氧化矽/Y型沸石複合透膜,可實際應用在CO2的分離。
回收合成液的Y型奈米沸石之PXRD圖
Y型奈米沸石的SEM圖
Y型奈米沸石的TEM圖(a和b)合成態,(c和d)鍛燒態
矽晶片上Y型沸石薄膜SEM俯視圖(a)2.2wt%(b)8.5wt%鍛燒前,
(c)8.5wt%鍛燒後;
8.5wt%側面圖(d)塗佈1次(e)塗佈2次(f)塗佈8次
不對稱氧化鋁管的SEM剖面圖與其示意圖
第二部份,我們成功的利用Cl-SBA-15中的氯丙基作為連接,將PEI以共價鍵的形式接在中孔洞二氧化矽的孔洞表面。
不論是5%或是10%的具氯丙基Cl-SBA-15,我們皆成功的接上大量的PEI,並且仍保有p6mm的結構,孔洞仍為直通型孔道,表示PEI在孔洞中分散的很好,沒有聚集而堵塞孔洞的情形。
另外,PEI-SBA-15的確可以實際應用在CO2的吸附上,在乾燥、純CO2的情況下吸附1.4mmolg-1的CO2;
在混合氣體的情況下,可以吸附1.8mmolg-1的CO2;
且在有水氣的情況下,仍然具有很好的吸附效果,吸附量為2.2mmolg-1。
相較於一般合成的胺基吸附劑,我們的樣品具有高穩定性、高吸附量、且合成辦法簡單的優點。
具胺基中孔洞二氧化矽合成流程圖
PEI-SBA-15-10-1.25不同溫度下的CO2吸附(a)bPEI(b)lPEI
TMS修飾後PEI-SBA-15-05(a)CO2吸附量(b)胺基效率;
PEI-SBA-15-10(c)CO2吸附量(d)胺基效率
b)
a)
(a)bPEI-SBA-15-10-1.25(b)lPEI-SBA-15-10-1.25程溫脫附圖
具胺基中孔洞二氧化矽穩定性測試(a)lPEI-SBA-15-10-1.25(b)bPEI-SBA-15-10-1.25
第四章參考文獻
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