干胺型吸附剂的快速制备、表征及CO₂吸附性能：创新与优化研究.docxVIP

干胺型吸附剂的快速制备、表征及CO?吸附性能：创新与优化研究

一、引言

1.1研究背景与意义

在过去的一个多世纪里，全球气候正经历着以变暖为主要特征的显著变化，2023年整年气温比工业化前的基线高出约1.4℃，二氧化碳含量比工业化前高出50%，海洋持续变暖以及冰川冰盖融化，海平面上升创历史新高，南极海冰最大范围达到历史最低值，2023年也因此成为有记录以来最热的一年。科学家们普遍认为，人类活动排放的大量温室气体是导致全球变暖的主要原因，其中二氧化碳（CO_2）的排放占据主导地位。自工业革命以来，随着化石燃料的大量燃烧、大规模的森林砍伐以及快速的工业化和城市化进程，大气中的CO_2浓度急剧攀升。全球变暖引发了一系列严峻的环境和社会经济问题，极地冰川加速融化，导致海平面上升，威胁着沿海地区数以亿计人口的生存和基础设施安全；极端气候事件，如暴雨、洪水、干旱、飓风和热浪等的频率和强度不断增加，对农业生产、水资源供应、生态系统平衡以及人类健康造成了巨大的冲击。

为了应对全球变暖的挑战，国际社会达成了一系列共识和协议，其中，《巴黎协定》的长期目标是将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2℃以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5℃以内。然而，按照目前各国的自主承诺行动计划实施，达成预期目标仍面临巨大挑战。要实现《巴黎协定》的目标，全球需要在2025年前将温室气体排放量达到峰值，并在2030年之前减少43%，但以当前的排放趋势和减排力度来看，形势不容乐观。因此，减少CO_2排放、降低其在温室气体中的占比是应对气候变化、保护全球生态系统和人类身体健康的重要措施之一。

吸附剂技术作为一种简便、有效和低成本的二氧化碳吸附方法，已成为CO_2捕获与封存技术中最重要的候选技术之一。目前，常规的氮化物（如氨、乙烯二胺等）作为干胺型吸附剂已经在CO_2捕获领域得到了广泛的研究和应用。开发新型干胺型吸附剂并提升其性能，对于降低CO_2捕获成本、提高捕获效率至关重要。本研究致力于探索干胺型吸附剂的快速制备方法，深入表征其特性，并系统研究其CO_2吸附性能，旨在为CO_2捕获与封存技术的发展提供新的思路和方法，推动相关技术的进步，以实现更高效的CO_2减排，助力全球应对气候变化，促进可持续发展目标的实现。

1.2国内外研究现状

在干胺型吸附剂的制备方面，国内外学者进行了大量探索。通过浸渍法将有机胺负载到多孔载体上是较为常见的制备手段，如将聚乙烯亚胺（PEI）负载于介孔二氧化硅SBA-15上，利用载体的高比表面积和规整孔道结构，为胺基提供分散位点，从而增加吸附活性中心。但该方法存在制备周期较长的问题，通常需要多次浸渍和长时间干燥、焙烧等步骤。近年来，高速搅拌法等新型制备方法逐渐受到关注，有研究通过高速搅拌将有机胺快速负载到疏水性纳米SiO_2表面，缩短了制备时间，且一定程度上提高了胺基的分散均匀性。

在表征技术应用上，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）被广泛用于观察吸附剂的微观形貌和结构，能够直观呈现吸附剂的颗粒形态、尺寸分布以及胺基在载体表面的负载情况。氮气吸脱附技术则用于测定吸附剂的比表面积、孔容和孔径分布，以评估载体结构在负载胺基前后的变化。傅里叶变换红外光谱（FTIR）可识别吸附剂表面的化学键和官能团，确定胺基与载体之间的相互作用方式。热重分析（TGA）用于研究吸附剂的热稳定性和热分解行为，明确吸附剂在不同温度下的质量变化，为实际应用中的温度选择提供参考。

针对吸附性能研究，众多学者考察了多种因素对干胺型吸附剂CO_2吸附性能的影响。研究发现，随着有机胺负载量的增加，吸附剂的CO_2吸附量通常呈现先增加后降低的趋势，这是由于适量的胺基提供了更多吸附位点，而过量负载会导致胺基团聚，堵塞孔道，降低吸附效率。吸附温度对吸附性能影响显著，不同吸附剂存在最佳吸附温度，在该温度下吸附速率和吸附量达到较好平衡。水汽的存在对部分吸附剂的CO_2吸附性能有促进作用，水汽可与CO_2发生协同吸附，形成利于吸附的中间体。

然而，现有研究仍存在不足。一方面，多数制备方法难以在保证吸附剂性能的同时实现快速制备，制备工艺有待进一步优化以提高生产效率。另一方面，对于吸附剂在复杂实际工况下的长期稳定性和循环使用性能研究不够深入，实际应用中吸附剂可能面临杂质气体、温度波动等多种因素影响，其性能衰减机制尚不完全明确。本研究将以此为切入点，重点探索快速制备干胺型吸附剂的方法，并全面研究其在不同条件下的吸附性能及稳定性，有望在制备工艺和性能研究方面取得创新成果。

1.3研究内容与方法

本研究的主要内容包括以下几个方面：首先，基于前人研究，选用丙烯腈和乙烯基三氯硅烷作为原料，通过简单的反应快速制备干胺型吸附剂，探索并优化制