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负载胺基氧化硅气凝胶的制备及其CO_2吸附性能研究
 
     论文目录
 
【摘要】:由于人员呼吸等原因,潜艇、空间站等密闭空间的CO2浓度不断升高,必须清除多余的CO2以保证人员健康。随着潜艇自持力的提高以及空间站技术的发展,对新型低分压CO2吸附材料提出了迫切需求。本文以正硅酸乙酯(TEOS)和胺丙基三乙氧基硅烷(APTES)为主要原料,采用溶胶-凝胶、老化、干燥等工艺制备了表面胺基丰富的大比表面积材料——负载胺基氧化硅气凝胶。采用物理吸附仪、动态吸附装置、Hot-disk热常数分析仪、SEM、XPS、TG-DSC、FT-IR等研究了其结构和性能。主要研究结果如下:(1)对负载胺基氧化硅气凝胶的反应机理分析表明,以TEOS和APTES为主要原料,通过溶胶-凝胶反应,能够在氧化硅凝胶骨架表面均匀地引入胺基基团;对其吸附机理分析发现,在低压下(CO2压力1KPa),负载胺基氧化硅气凝胶骨架表面的胺基可以与CO2发生化学反应,实现对低分压CO2的选择性吸附。(2)研究了原料配比、凝胶工艺、老化工艺和干燥工艺等对负载胺基氧化硅气凝胶孔结构和氮含量等的影响。发现当醇硅摩尔比为10,APTES/TEOS摩尔比为0.65,Wa-1/TEOS摩尔比为1,凝胶温度为-15℃,老化温度为60℃,老化时间3天以上,采用乙醇超临界干燥时,制备的负载胺基氧化硅气凝胶结构均匀性较好、比表面积和氮含量较大、CO2吸附量较高。(3)测试和分析了负载胺基氧化硅气凝胶的CO2吸附性能及热物理性能。发现,当CO2分压为0.5KPa、相对湿度为60%时,负载胺基氧化硅气凝胶的CO2吸附量可达1.85mmol/g(25℃);当CO2分压为1KPa时,其对干燥CO2的吸附量可达1.28mmol/g(25℃);吸附完成后可在100℃的N2气氛下于30min内充分脱附;在干燥条件下经历9次循环吸脱附后,其CO2吸附量未出现下降;其吸附热约为93.8KJ/mol,比热容约为1.23J/g·K。可见,制备的负载胺基氧化硅气凝胶能耗低、吸附选择性好、低分压CO2吸附量大、吸脱附速率快、脱附条件温和、循环吸脱附性能稳定,是一种较好的低分压CO2吸附材料。
【关键词】:胺基 氧化硅气凝胶 二氧化碳 吸附 氮含量
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ424
 
论文编号BS2246537,这篇论文共30
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