项目名称: 氮掺杂微介梯度孔炭材料的设计、可控制备及其CO2吸附性能研究

项目编号: No.21506184

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 有机化学

项目作者: 蔡进军

作者单位: 湘潭大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 温室效应导致的全球变暖是社会关注的热点,有效捕集CO2实现碳减排是遏制气候变暖的关键。变压吸附法捕集CO2具有无腐蚀和低能耗等特性而备受关注,其关键是获得高性能吸附剂。多孔炭具有孔结构可调、物化性质稳定等优点可作为CO2吸附存储的理想材料,特别是具有微介梯度孔道结构的氮掺杂炭材料吸附时能发挥各孔径纳米结构和氮官能团的的协同作用。本项目以开发高效CO2吸附剂为目标,拟用分子筛模板法构筑具有微介梯度孔道结构的氮掺杂炭材料并通过活化工艺实现梯度孔道结构的智能调控,研究工艺参数对炭材料微结构的影响及其对CO2吸附性能的制约关系;通过不同温度压力下的CO2吸附-脱附实验,建立CO2吸附性能与微介梯度孔炭材料的孔结构、比表面积、氮官能团及外围温度压力之间的构效关系。本研究不仅能构筑新型可控氮掺杂微介梯度孔炭材料,实现材料创新,同时为探索一条实用的CO2捕集分离方法实现碳减排提供理论基础和实验数据。

中文关键词: CO2吸附和存储;微介梯度孔炭材料;氮掺杂;孔道调控;构效关系

英文摘要: Global warming aroused from the greenhouse effect is a hot topic, and the effective CO2 capture for achieving carbon reduction is a crucial matter to inhibit the greenhouse effect. Pressure swing adsorption (PSA) has low energy-consumption and non-corrosion properties in the application of CO2 capture which attracted much attention, and the key for PSA is to obtain a porous adsorbent with high performance. Porous carbon materials encompassing the desired attributes such as adjustable textural structures and physicochemical stability can be applied as an ideal media for CO2 adsorption and capture. In particular, nitrogen-containing carbon materials with hierarchical micro-mesoporous structures will play a synergistic effect during gas sorption for each pore size structure and nitrogen-functional groups. With the aim to develop efficient porous adsorbents for CO2 adsorption, the zoelite-template method combined with chemical vapor deposition and activation will be adopted in this research to synthesize high-surface-area nitrogen-containing hierarchical micro-mesoporous carbons with controllable pore structures, and then effects of preparation parameters on microstructures of hierarchical micro-mesoporous carbons, and their corresponding CO2 adsorption performance will be systematically studied. Through the implement of CO2 adsorption-desorption experiments on these hierarchical micro-mesoporous carbons, this research will effectively establish the structure-activity relationship between CO2 adsorption performance and pore structures, surface area, nitrogen functional groups of carbons and the external operating temperature and pressure. Doing this project will help us to exploit novel materials of nitrogen-containing hierarchical micro-mesoporous carbons, and simultaneously provide theoretic basis and experimental data for the future exploration on the practical method for CO2 capture and separation.

英文关键词: CO2 adsorption and capture;Hierarchical micro-mesoporous carbons;Nitrogen-doping;Porous channel regulation;Structure-activity relationship

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