越来越多的公司2是一个全球性的问题,要抓住它,各种CO2吸附剂是必要的。这篇文章着眼于多孔CO的设计2吸附剂程端报道等的论文发表在材料。
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二氧化碳(CO2)是导致全球气候变化的主要原因,导致CO的产生2捕捉技术的发展。许多多孔材料被用作CO2吸附剂(沸石、金属有机骨架(MOFs)、多孔有机聚合物和多孔碳)。多孔的碳也含有优良的CO2它的化学和物理稳定性非常好,因此受到了广泛关注。高有限公司2多孔碳的容量与丰富的微孔体积和杂原子有关。
为了降低吸附剂中的扩散压力,在吸附剂中引入中孔或大孔。通过去除聚合物的内部相,形成聚合物中的大孔结构,从而得到一个开孔互连的多孔聚合物整体。
本文阐述了在方案1中描述的浓乳液开发微孔-大孔碳泡沫(“ACRFs”)的应用。
方案1。微孔-大孔泡沫碳(ACRFs)的制备路线。图片来源:Duan等人,2021年。
研究人员首先用浓缩乳液制备了大孔间苯二酚甲醛树脂(PRFs),然后用氢氧化钾(KOH)作为活化剂对PRFs进行炭化,收集ACRFs。
方法
试剂
制作需要间苯二酚和吐温20,甲醛37 wt%水溶液,无水碳酸钠和KOH,甲苯,甲醇和乙醇。
制备脉冲重复频率
将间苯二酚、甲醛水溶液、无水碳酸钠和去离子水加入到100ml烧瓶中进行预聚合。冷却后,合成的溶液与吐温20混合,同时加入甲苯。一种淡粉色的乳剂形成了,它随后被转移到模具中并固化。在此过程中获得PRFs,同时甲苯液滴留下独特的开孔大孔。
制备ACRF
将PRF整体放入管式炉中加热,然后将预碳化的PRF浸泡在与KOH溶解的水/甲醇溶液中3小时。炭化一小时后,ACRF形成。
描述
研究人员分析了傅里叶变换红外光谱(FT-IR)光谱、x射线光电子能谱(XPS)。扫描电镜观察到PRFs和ACRFs中的大孔。研究人员还测量了N2吸附-解吸等温线、样品比表面积、孔径分布、CO2吸附等温线、拉曼光谱、x射线衍射(XRD)。
结果与讨论
ACRFs的炭化过程
在炭化过程中,KOH作为活化剂在合成碳中产生更多的微孔。但由于水解作用,PRFs中很难加载KOH溶液,因此PRFs首先在低温下炭化,然后生成的大孔碳与KOH水溶液浸渍,在所需的温度下进一步活化。
图1为测定预碳化温度和活化温度的TGA/DTA曲线。
图1所示。PRF-50C-85%在氮气流量下的TGA和DTG曲线。图片来源:Duan等人,2021年。
多孔acrf中的氧
利用ACRF-50C-85%-600、ACRF-50C-85%-700和ACRF-50C-85%-800的XPS光谱分析这些碳的表面化学状态(图2),发现acrf是富氧的。
图2。所有acrf (A)的x射线光电子能谱(XPS)光谱和ACRF-50-85%-600 (B)、ACRF-50-85%-700 (C)和ACRF-50-85%-800 (D)的O 1s峰的反褶积。
孔隙度的ACRFs
图3描述了PRFs和acrf的大孔形貌。在PRFs的情况下,多孔材料的扫描电镜显示大量紧密填充的空洞(“空洞”)与相邻的空洞通过小孔隙(“窗口”)相互连接。ACRF-50C-80%-800、ACRF-50C-85%-800和ACRF-40C-85%-800具有相应的PRFs大孔结构。
图3。扫描电子显微镜(SEM)图像的PRFs和相应的acrf。图片来源:Duan等人,2021年。
图4显示了N2对所有ACRFs的吸附-解吸等温线进行了分析,结果表明ACRFs中存在丰富的微孔。
图4。N2ACRFs在77 K时的吸附-解吸等温线。图片来源:Duan等人,2021年。
微孔在所有acrf中占主导地位,且大多为超微孔(尺寸小于0.7 nm)(图5)。
图5。acrf的孔径分布。图片来源:Duan等人,2021年。
有限公司21bar时acrf的容量
图6显示了CO2所有acrf的吸附等温线。表1中也列出了相同的内容。
图6。有限公司2acrf在273 K时的容量。图片来源:Duan等人,2021年。
表1。比表面积,孔隙体积,CO2ACRFs的能力。来源:段等, 2021年。
碳 泡沫 |
特定的表面区域1米2/ g |
总孔隙体积2厘米3./ g |
微孔体积3.厘米3./ g |
Ultra-Micropore体积3.厘米3./ g |
微孔体积/总孔体积 |
有限公司2能力4毫克/克 |
acrf - 600 - 50 c - 85% |
879 |
0.433 |
0.349 |
0.333 |
0.806 |
214 |
acrf - 700 - 50 c - 85% |
1237 |
0.558 |
0.489 |
0.466 |
0.876 |
248 |
acrf - 800 - 50 c - 85% |
1952 |
0.830 |
0.742 |
0.606 |
0.894 |
267 |
acrf - 800 - 50 c - 80% |
2024 |
0.827 |
0.796 |
0.657 |
0.963 |
269 |
acrf - 800 - 50 c - 90% |
2046 |
0.900 |
0.817 |
0.635 |
0.908 |
271 |
acrf - 800 - 40 c - 85% |
1944 |
0.783 |
0.737 |
0.616 |
0.941 |
271 |
acrf - 800 - 30 - c - 85% |
1871 |
0.771 |
0.713 |
0.633 |
0.925 |
270 |
1计算BET比表面积在0.01-0.2 P/P压力范围内0值。
2用DFT法计算2 nm以下的累积孔隙体积。
3.用DFT法计算0.7 nm以下的累积孔隙体积。
4测量在273k, 1巴。
图7显示了CO之间的关系2与孔隙度的能力。超微孔的高吸附势可能是决定CO的因素2容量为1巴。
图7。公司之间的关系2容量和总孔体积(A),微孔体积(B)和超微孔体积(C)。
含氧量对CO的影响2ACRFs能力
氧含量对CO的影响2分析了ACRFs的容量,结果表明,ACRFs中氧的增加改善了碳表面与CO的相互作用2分子。这对acrf捕获CO很重要2在低压力。
大孔隙对CO的影响2acrf的吸附动力学
图8描述了CO2ACRF-30C-85%-800和ACRF-40C-85%-800的吸附动力学。分析还证实了大孔隙对CO的加速作用2吸附动力学。
图8。产地来源证比较2ACRF-40C-85%-800和ACRF-30C-85%-800的吸附动力学。图片来源:Duan等人,2021年。
有限公司2ACRF-40C-85%-800的吸附性能
对CO进行了进一步的分析2ACRF-40C-85%-800的吸附行为。的有限公司2吸附动力学如图9所示。
图9。有限公司2ACRF-40C-85%-800吸附动力学。图片来源:Duan等人,2021年。
CO动力学模型参数如表2所示2吸附。
表2。CO动力学模型参数2吸附。来源:段等, 2021年。
样本 |
符合一级模型 |
Pseudo-Second-Order模型 |
acrf - 800 - 40 c - 85% |
问e(毫克/克) |
87.8 |
问e(毫克/克) |
102 |
k1(最低-1) |
0.544 |
k2(最低-1) |
0.00655 |
R2 |
0.994 |
R2 |
0.975 |
用微孔扩散模型对动力学数据进行了分析。的有限公司2N选择性吸附2用CO2和N2在273k时(图10A)。研究结果表明了竞争吸附机理。结果表明,它们有吸附CO的倾向2/ N2,可选择性捕获CO2/ N2从混合气体供给流。
图10。有限公司2和N2ACRF-40C-85%-800在273 K (A)下的吸附等温线;一氧化碳突破曲线2/ N2ACRF-40C-85-800在298 K (B);有限公司2ACRF-40C-85%-800在298 K的容量6个循环(C)。图片来源:Duan等人,2021。
ACRF-40C-85%-800的重复性与第一次循环相同,即使在第六次循环后也表现出良好的重复性。
图11显示了CO2吸附热由克劳修斯-克拉珀龙计算。
图11。有限公司2吸附等温线(A)和CO2ACRF-40C-85%-800的吸附热(B)。图片来源:Duan等人,2021年。
结论
本文提出了一种制备具有大孔和微孔的类块状碳(ACRFs)的方法。微孔是由KOH的活化作用形成的,大孔是由大孔前驱体形成的。
ACRFs中的大孔隙加速了CO的生成2吸附率。acrf也显示中度CO2吸附热和选择性吸附能力。假设acrf具有转化为CO的潜力2综合性能优异的吸附剂。
期刊引用:
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