疏水型沸石制备及其吸附CO2/H2O性能研究

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近几十年来,随着人类社会的发展,空气中CO2含量的日趋增长,加剧了温室效应,严重影响着地球的气候环境,因此,如何降低CO2的排放量已成为世界各国面临的重大问题。目前,捕集CO2的吸附剂有很多,采用合适的吸附剂捕集排放的CO2资源意义重大。总所周知,沸石因其比表面积大、离子交换性能高、孔径均匀、良好的吸附性能及催化性能等特点,被广泛应用于气体吸附分离和催化领域中。其中,沸石13X和沸石HY具有很高的CO2/N2吸附选择性,是VSA法吸附分离烟道气中CO2气体的理想吸附剂,但在水蒸气存在的条件下,沸石13X和沸石HY由于强吸水性,对CO2气体吸附失效,吸附量急剧下降。本文基于上述背景,为了提高沸石的疏水性,采用不同浓度三甲基氯硅烷和盐酸分别对沸石13X和沸石HY进行化学改性,并且考察对分子筛的硅铝比,分子结构、CO2的吸附性能和疏水性能。主要内容有:  (1)以沸石13X为核相,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂、正硅酸乙酯为硅源在沸石13X表面上合成了一层致密介孔SiO2薄膜层,形成核壳型结构。再采用含不同浓度的三甲基氯硅烷(TMCS)的甲苯溶液,对制备的核壳沸石进行了表面修饰,得到了一系列疏水型核壳沸石。利用XRD、TGA、IR等先进分析手段分别测定了核壳型沸石的结构,成功的制备了核壳沸石;经过硅烷化的核壳沸石,三甲基氯硅烷有机基团成功的嫁接在核壳型沸石的表面,并且没有改变沸石结构。然后测试硅烷化后样品对CO2和H2O的吸附量,通过实验结果分析,在条件:1g核壳沸石13X@SiO2放入含2.5ml的三甲基氯硅烷试剂的甲苯(50ml)溶液中,修饰后样品的CO2吸附量由原来的3.45mmol/l降为1.84mmol/g,修饰后的核壳沸石吸水量也有原来的17.15mmol/g降到12.51mmol/g。改性后的沸石仍然保持较高的CO2吸附能力,同时疏水性得到明显改善。  (2)以沸石HY为原料,在水浴温度为60℃的条件下,采用不同浓度的盐酸溶液对HY沸石进行脱铝改性,得到一系列脱铝改性样品。利用XRD、TGA、XRF、IR等方法分别测定了样品结构和吸附特性。随着盐酸浓度增加,沸石HY硅铝比明显提高。然后测试改性脱铝样品的CO2和H2O的吸附性能,实验结果分析,2g的HY沸石在浓度为0.5mol/l,体积为20ml的盐酸溶液中,改性脱铝后的样品对CO2吸附量由原来的2.22mmol/g提升到1.62mmol/g,CO2吸附量提高了3%,而疏水性也由原来的18.75mmol/g降低到13.89mmol/g,脱铝后的沸石HY疏水性能明显改善。
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