氨基改性碳硅复合有机气凝胶的制备及其CO2吸附性能的研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ivyJZ2009
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有机气凝胶具有低密度、高比表面积以及易掺杂的特性。本文以全球变暖以及CO2排放量趋势为背景,开展气凝胶对CO2固载性能的研究。  选择间苯二酚(R)和甲醛(F)为碳源,水(H2O)和乙醇(EtOH)为溶剂,分别选用APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷)和Si-910(N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷)两种偶联剂作为硅源,通过一步法将硅源以及碳源进行混合掺杂,并经过CO2超临界干燥,制备得到氨基改性碳硅复合有机气凝胶。  通过表观密度测量以及N2-吸附脱附测试来研究不同的偶联剂、水、乙醇配比以及凝胶温度对结构的影响。结果发现,表观密度随偶联剂相对含量增加而增加,比表面积以及孔体积都随之变小,SS样品比表面积为337.85~73.16m2/g,对应的孔体积分别为1.354~0.493cm3/g,AA样品比表面积为356.89~68.45m2/g,对应的孔体积分别为1.234~0.423cm3/g;表观密度随着水的相对含量的增加先减小后增大,所测得的最高的比表面积与孔体积对应于其表观密度最小的SH2,其比表面积为138.20m2/g,孔体积为0.647cm3/g,AH2的比表面积为146.51m2/g,孔体积为0.515cm3/g;表观密度随着EtOH相对含量的增大而减小,SE3比表面积和孔体积则为其中极大值,其比表面积为138.20m2/g,孔体积为0.647cm3/g,AE3的比表面积为146.51 m2/g,孔体积为0515cm3/g;表观密度随着凝胶前凝胶温度的增加而几乎没有变化。从孔径分布图看,所有样品的孔径分布都集中在10~60nm,SS5孔径分布较其他样品窄,可能是因为改性剂填满的是小孔。从SEM图可以看出所有样品结构较为松散,孔隙较多。  通过FTIR光谱图,可以看出样品中的氨基官能团有随着偶联剂增加而增多的趋势。  通过采用动态吸脱附装置对样品进行常压下不同温度以及有无水汽环境下CO2的吸附,并通过常压下80℃脱附量测试记录,以表征其吸附固载量。在没有水蒸气的环境下,样品的脱附量在10~50℃范围内随着温度的升高而减少,主要是由于吸附过程是一个放热反应,随着氨基偶联剂的增加,其脱附量也随之增加,SS5于10℃吸附并在80℃脱附的脱附量为1.81mmol/g,为众样品中最高;在有水蒸气的环境下,样品的脱附量在20℃时达到一个极大值,其中SS5脱附量为2.51 mmol/g。在同等环境下,SS5脱附量都较AA5要高。  针对SS5无水环境20℃下吸附,80℃脱附过程,可用一级反应方程y=0.69*(1-exp(-0.00063637*x))进行拟合,相关系数R2=0.89092。  H2O相对量的变化对样品脱附量并没有很大差别,可能是与偶联剂相对量差别不大有关,其脱附量略高的与其比表面积大小有关。随着EtOH相对量的增加,样品脱附量先趋于平衡后减少,可能与其内部氨基包裹量有关。样品SS5于常压下20℃在无水以及有水存在情况下经10次吸脱附,其脱附量基本保持不变。
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