氨基修饰介孔TiO2吸附剂的制备表征及其CO2吸附性能研究(3)

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1.1.3 冷凝法

冷凝法是一种利用原料中各种组分相对挥发度的差异实现低温分离的工艺方法，通过气体膨胀制冷，按照工艺要求在低温下将气体中的各种组分冷凝下来，然后按照蒸发温度不同用精馏法将其中的各类物质逐一加以分离。这种分离方法能在较低的压力下得到液体CO2，利用液体泵可将液体CO2升压，节省了大量的压缩功[6]。

1.1.4 吸附分离法

吸附法是通过吸附剂在一定的条件下对CO2进行选择性地吸附，然后通过恢复条件将CO2解析，从而达到分离CO2的目的，CO2主要依靠范德华力吸附在吸附剂的表面，吸附能力主要取决于吸附剂的表面积及操作的压(温)差[8]。吸附分离法的优点是分离效果好，吸附剂使用寿命较长，但是一般效率较低，需要大量的吸附剂且设备要求体积较大，只适用于温度较低的情况。

由于利用吸附剂吸附气体CO2具有能耗低、设备抗腐蚀能力强、操作性能稳定的特点，吸附法捕集二氧化碳拥有很好的发展前景。性能优异的吸附剂一般应具备较大的比表面积和孔体积，即具有较大的吸附容量，且应有高选择性，实现某组分选择性的分离，从而达到分离的目的，此外吸附剂还应有足够的机械强度、热稳定性及化学稳定性，有较长的使用寿命，易再生和活化，制造简单且原料来源广泛，廉价易得[9~11]。常见的几种吸附剂如下：

(1) 沸石分子筛

沸石是一种具有通过硅四面体和铝四面体(SiO4和A1O4)共用氧原子形成的骨架结构，0.3~1.0 nm孔径的水合结晶硅铝酸盐。由于该材料具有规整的孔道结构、纳米级的孔径尺寸、较大的内比表面积以及孔容、制备技术成熟、成本低廉等特点，近年来在吸附储能领域引起了国内外研究者的广泛关注[1]。沸石分子筛吸附CO2属于物理吸附过程，其吸附性能随温度的升高而下降，故较适合在低温下工作。由于电厂烟气的温度较高，因此沸石分子筛不是理想的CO2吸附剂。

(2) 活性炭

活性炭是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳，其主要成分除碳之外还有氧、氢等元素，在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此它是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。活性炭对气体的吸附过程也属于物理吸附过程，与沸石分子筛相比，其对CO2的吸附选择性较低，它的优势在于耐水性好、吸附容量大、价格便宜[12]。但是与沸石分子筛相同，其吸附性能在温度升高时快速下降，故难以应用于烟道气中CO2的分离。

(3) 硅胶

硅胶是SiO2粒子的三维凝聚多孔体的总称，是无定形结构的硅酸干凝胶，具有较大比表面和多孔结构，是一种很好的吸附剂[13]。硅胶作为CO2吸附剂使用时，其比表面积和表面的细孔结构决定了其吸附能力的大小。通过在硅胶表面或细孔内接枝胺基可以提高其对CO2的吸附量，同时在低陈化温度和相对较低的pH条件下合成的材料具有较高的CO2吸附量，但高温的吸附环境中并不适合使用硅胶类吸附剂[3]。

(4) 有序介孔材料

介孔材料由于具有比表面积大和空隙较多等优点，被广泛地应用于对空气中或工业废气中的CO2的吸附。活性炭、沸石、硅胶等传统的吸附剂具有制备方法简单、制造工艺成熟、成本低廉等优点，是吸附空气中CO2的首选材料，但较强的吸湿性使其不能用于高湿度的吸附环境等，而通过对传统的介孔材料进行表面改性，接枝胺类等碱性物质，将单纯的物理吸附转变为物理吸附和化学吸附共同作用的吸附方式，在改善吸附剂适应环境能力的同时也能增加吸附量[3]。