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SBA-15模板去除——胺接枝后用于二氧化碳捕集和天然气脱硫
发布时间:2021-05-18     作者:zl   分享到:

SBA-15模板去除——胺接枝后用于二氧化碳捕集和天然气脱硫

  从烟气中捕获燃烧后的二氧化碳以及从天然气中去除硫化氢(H2S)是工业生产过程中的重要步骤。胺接枝多孔二氧化硅由于其吸附容量大、CO2(H2S)选择性高、吸附率高、易于再生和对水分的敏感性低等优点而成为有前途的吸附剂之一。有序介孔硅材料由于其孔径可调、表面积大,尤其是其表面主要含有羟基或硅烷醇,成为了合成胺接枝的理想材料。胺接枝是通过硅的表面羟基(硅羟基)和氨基硅烷之间的反应完成的。因此,增加硅羟基浓度是增加氨基浓度的一种简便有效的方法,从而增加胺接枝硅的CO2(H2S)吸附能力。

  有序介孔硅材料通常是由水热合成法通过使用有机模板剂作为结构导向剂,然后在模板周围的硅前体通过聚合得到。一旦这种介孔结构形成,合成过程中的关键步骤是去除有机模板,该步骤创造了所需的孔隙率。传统的脱模方法是在高温(500 °C)和长时间(4 h)空气环境下煅烧脱模。然而,高温煅烧会导致硅羟基基团的还原,这会使胺接枝氨基的基团数目减少,并进一步导致胺接枝硅的CO2(H2S)吸附能力下降。

  因此,采用了一种新型的离子液体处理方法,以及传统的热煅烧方法去除合成的SBA-15中的三嵌段共聚物模板Pluronic P123。并比较了两种模板去除方法对SBA-15的物理性能、硅醇和胺的浓度以及对CO2H2S的吸附能力,提出了离子液体去除模板剂的机理。

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  由经过焙烧的SBA-15样品(SBA-15-IL)和离子液体处理的SBA-15样品(SBA-15-cal)的吸脱附等温线可知,SBA-15-ILBET表面积和总孔隙体积分别为883.5 m2/g1.09 cm3/g,与SBA-15计算值(981.8 m2/g1.12 cm3/g)相似。这说明离子液体处理是去除模板剂的有效方法。

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  根据热重分析结果,确定了模板的百分比除率SBA-15-IL至少达92% ,这表明了离子液体处理脱除模板的有效性。基于BET比表面积结果表明,SBA-15-IL的硅羟基数至少为5.1 OH nm-2,高于SBA-15-cal3.0 OH nm−2。这些结果表明,与煅烧处理相比,新型离子液体能够在温和的温度条件下移除模板并保留更多的硅羟基。

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  根据TGA分析,估计NH2-SBA-15-cal的胺负荷为1.4 mmol/g, NH2-SBA-15-IL的胺负荷为2.2 mmol/g。这些结果证实了SBA-15-IL上接枝的胺基比常规热模板去除样品SBA-15-cal上接枝的胺基要多。

  根据作者的吸附测量,从低浓度的等温线中可以看出,NH2-SBA-15-IL的协同能力是胺接枝常规模板去除的两倍以上,NH2-SBA-15-IL在低浓度下的高得多的共吸附能力表明,这种吸附剂非常适合于从环境空气等超细气体流中进行共吸附。

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  作者提出离子液体处理去除模板的机理可能是在合成的SBA-15表面,模板P123与硅羟基基团之间的氢键断裂。在模板去除过程中,SBA-15表面的硅羟基得到了较好的保留,说明SBA-15-IL表面羟基密度较高。此外,由于模板P123IL在离子液体处理过程中结构没有发生变化,P123和离子液体都可以回收再利用,使得离子液体处理方法在去除SBA-15的模板上具有商业可行性。

  总之,该研究说明离子液体萃取技术可以成功应用高效去除介孔SBA-15中的模板。离子液体处理通过破坏模板与SBA-15上表面的硅羟基之间的氢键来去除有机模板P123。相比之下,传统的空气煅烧、离子液体处理有助于保存SBA-15表面的硅羟基团并预防结构收缩,导致胺接枝量较大,从而导致更高的CO2H2S吸附容量和选择性。

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