【摘要】：針對(duì)社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需求開發(fā)新材料是科學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)。這些新材料不僅僅來源于前所未聞的新結(jié)構(gòu),而且受惠于新理念賦予現(xiàn)有材料的新功能。針對(duì)合成介孔分子篩時(shí)除去模板劑膠束的步驟繁瑣、浪費(fèi)能源,我們利用膠束的溫控效應(yīng),開拓吸附-釋放薄荷醇的新途徑。面對(duì)燃煤電廠煙道氣里CO_2排放造成嚴(yán)重環(huán)境污染,我們致力研制固體堿新材料:采用石墨烯和碳微粒共同修飾氧化鎂(MgO),并研制FeO-MgO二元氧化物,著重提升吸附劑里強(qiáng)堿中心所占的比例以增加它中溫捕獲CO_2的能力。我們還結(jié)合CO_2瞬時(shí)吸附(IA)和程序升溫脫附(TPD)方法嘗試形成IA-TPD的新檢測(cè)手段,分析碳修飾MgO固體堿吸附-脫附CO_2的機(jī)制。主要研究內(nèi)容如下:1.根據(jù)某些介孔氧化硅分子篩孔道中模板劑膠束的柔軟度隨溫度改變的特性,試用介孔分子篩MCM-41合成原粉(簡(jiǎn)稱as-M41)來吸附-儲(chǔ)存和釋放高揮發(fā)性香料薄荷醇。as-M41樣品中的膠束在較高溫度如373 K時(shí)具有柔性,允許客體分子穿越而進(jìn)入孔道內(nèi)部。常溫時(shí)膠束失去柔性而閉鎖-封存孔道里的客體分子。溫度再升高到例如353 K時(shí),膠束恢復(fù)柔軟、被封裝的客體分子才能從孔道中被釋放。我們采用介孔分子篩合成原粉頂空吸附薄荷醇,GC-MS方法監(jiān)測(cè)薄荷醇的釋放。為可控吸儲(chǔ)-釋放易揮發(fā)有機(jī)分子提供新途徑。2.發(fā)現(xiàn)MgO基吸附劑的CO_2中溫吸附效率不僅僅限于樣品的比表面積,因?yàn)?23 K時(shí)的CO_2吸附主要依賴于強(qiáng)堿性位,而強(qiáng)堿位則來自MgO晶體上缺失Mg2+陽離子的表面缺陷位。我們采用石墨烯和碳微粒原位分隔MgO微粒防止聚集,使得MgO晶體的表面缺陷充分暴露,形成強(qiáng)堿位有效捕獲CO_2。采用"吹掃法"和"脈沖法"兩種CO_2接觸方式,聯(lián)合瞬時(shí)吸附和程序升溫脫附組成IA-TPD新檢測(cè)方法,由CO_2氣體的引入量、吸附量和脫附量推算吸附劑中各種強(qiáng)度的堿性位的貢獻(xiàn)。將醋酸鹽原位碳化法試用于CaO樣品的研制,為制備高效CO_2吸附劑提供綠色環(huán)保的新途徑。3.工業(yè)排放煙道氣溫度通常在423～673 K。在這溫度下,固體堿物理吸附CO_2難以進(jìn)行,因此研制新型高效的中溫CO_2捕獲劑迫在眉睫。我們利用醋酸鎂這種廉價(jià)易得的前驅(qū)體摻雜醋酸亞鐵后、原位碳化制備了 3%FM樣品,氧化亞鐵含量只有3%,既滿足了綠色環(huán)保的吸附劑制備需求,又達(dá)到了 473 K下CO_2吸附量為35 mg g~-1的吸附效果。這種方法使得MgO顆粒里強(qiáng)堿位的比例有了明顯的提升,對(duì)于473 K捕獲CO_2非常有利,為高效環(huán)保固體吸附劑的設(shè)計(jì)提供了新思路。
[Abstract]:It is a challenge for scientists to develop new materials to meet the needs of social development and environmental protection. These new materials not only come from new structures that have never been heard of, but also benefit from the new ideas that give new functionality to existing materials. In view of the tedious steps of removing template micelles in the synthesis of mesoporous molecular sieves and the waste of energy, we use the temperature control effect of micelles to develop a new way of adsorption-release menthol. In the face of serious environmental pollution caused by CO_2 emission from flue gas in coal-fired power plants, we are committed to develop new solid alkali materials: graphene and carbon particles are used to modify MgO (MgO), and FeO-MgO binary oxides are prepared. Emphasis is placed on increasing the proportion of strong alkali centers in the adsorbent to increase its ability to capture CO_2 at medium temperature. Combined with CO_2 transient adsorption of (IA) and temperature-programmed desorption of (TPD), we also attempted to form a new method for the detection of IA-TPD, and analyzed the mechanism of carbon-modified MgO solid base adsorption-desorption of CO_2. The main research contents are as follows: 1. According to the temperature dependence of the softness of template micelles in some mesoporous silica molecular sieve channels, Mesoporous molecular sieve MCM-41 powder (as-M41) was used to adsorb, store and release the micelles in the sample of high volatile spice menthol. As-M41 was flexible at a higher temperature, such as 373K, allowing the guest molecules to traverse and enter the pore interior. At room temperature the micelles lose flexibility and lock-up the guest molecules in the channels. When the temperature rises to 353K for example the micelle is soft and the encapsulated guest molecule can be released from the pore. The release of menthol from mesoporous molecular sieve was monitored by headspace adsorption of menthol by GC-MS. It provides a new way for controllable absorption, storage and release of volatile organic molecules. It is found that the temperature adsorption efficiency of MgO based adsorbent CO_2 is not limited to the specific surface area of the sample, because the adsorption of CO_2 at 423 K mainly depends on the strong alkaline potential, and the strong base site is derived from the absence of the surface defect site of the Mg2 cation on the MgO crystal. We use graphene and carbon particles to separate MgO particles in situ to prevent aggregation, so that the surface defects of MgO crystal are fully exposed, forming a strong alkali potential to effectively capture CO_2.. In this paper, two kinds of CO_2 contact methods, "blow sweep method" and "pulse method", are used to combine instantaneous adsorption and programmed temperature desorption to form a new method for the detection of IA-TPD. The contribution of alkali potential of various intensities in adsorbent is calculated from the amount of CO_2 gas introduced, the amount of adsorption and the amount of desorption. The method of in situ carbonization of acetate was applied to the preparation of CaO samples, which provided a new way of green environmental protection for the preparation of high efficiency CO_2 adsorbents. The temperature of industrial flue gas is usually at 423 ~ 673 K. At this temperature, the physical adsorption of solid base CO_2 is difficult, so it is urgent to develop a new high efficient medium temperature CO_2 trapping agent. 3%FM samples were prepared by in-situ carbonization with magnesium acetate, a cheap and easily available precursor. The content of ferrous oxide is only 3%, which meets the needs of green adsorbent preparation. The adsorption capacity of CO_2 at 473K was 35 mg / g ~ (-1). This method improves the ratio of strong alkali potential in MgO particles and is very favorable for capturing CO_2 at 473K, which provides a new idea for the design of high efficiency solid adsorbent for environmental protection.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.4

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本文編號(hào)：2204074