CO2 是造成全球变暖的温室气体之一, 过度排放会导致一系列环境与生态的问题, 因此捕集和存储CO2 具有极其重要的意义[1 ] 。吸附法由于具有吸附容量大、选择性高、能耗低及易分离等优点而受到广泛关注, 成为环境与能源领域的研究热点之一[2 ] 。吸附分离性能优异的材料, 通常需要满足一些条件, 如: 吸附容量大、吸脱附速率快、选择性高和再生性能好等。多孔碳材料以其大比表面积和孔容、高机械稳定性、良好的导电性及表面化学惰性, 在吸附、催化、储氢、电化学和燃料电池等领域显示出巨大的应用前景[2 -6 ] 。多孔碳材料也广泛应用于CO2 的吸附分离, 但CO2 在纯碳材料上吸附属于物理吸附, 因此CO2 吸附量和选择性都较差。在25℃, 商业活性碳的CO2 吸附量只有0.89 mmol/g, 介孔CMK-3的CO2 吸附量也只有1.7 mmol/g, 远远小于液相吸收体系对CO2 气体的吸收[7 ] 。在多孔碳材料中引入杂原子, 如B、N、P或O等可以显著地改善其机械、导电或电化学性能。特别是N元素可部分取代碳元素, 极大地改变材料的表面性质, 调变其孔道结构, 增强其亲水性, 并影响材料表面的酸碱性, 提供大量化学活性位, 因而常被用于CO2 吸附研究。
在掺N碳材料中, N原子种类决定吸附CO2 能力的高低[8 ] 。通常, 掺N碳材料中N可分成两类: 化学氮和结构氮。化学氮以表面官能团的形式存在, 如胺、亚硝基等; 而结构氮则与碳材料中的碳骨架直接相连, 如吡啶型氮、吡咯型氮、四配位氮、氧化石墨氮[9 ] , 如图1 所示。另外, 影响CO2 吸附性能的因素还有比表面积和孔道结构。比表面积、微孔孔容越大, 碱性官能团越多越有利于CO2 吸附。
图 1 N原子在碳材料中的可能存在形式示意图[9 ]
Fig. 1 Possible positions of N atom in the carbon materials [9 ] .(1-Anmio-N; 2-Pyrrolic; 3-Nitrosyl-N; 4-Pyridone; 5-Quaternary)
1 掺氮方法对CO2 吸附性能的影响
1.1 原位法
原位法是指在原料中加入不易分解的含N化合物, 经过高温碳化从而制备掺N多孔碳[10 -13 ] 。常用的方法可分成硬模板和软模板两种。
硬模板主要采用富含N的前驱体, 如三聚氰胺树脂、脲醛树脂、聚丙烯腈、聚苯胺或聚吡咯等。经过高温碳化, 除去硬模板后(通常为介孔硅), 即得到高N含量的碳材料。硬模板法得到碳材料具有孔径可调、形貌可控及N含量高的优点, 但是制备周期长, 过程繁琐等。赵东元等[12 ] 以三维连续孔道的IBN-9为硬模板, 对苯二胺和糠醇原位聚合, 通过调节碳氮源的比例和细致控制活化条件, 制备了微孔-介孔碳材料, 该材料具有高的比表面积(1181 m2 /g)和高N含量(~13wt%)。特别是, 在低压下(2×104 Pa), CO2 吸附量为1.75 mmol/g, 且CO2 / N2 选择性可达42。
软模板法, 主要是合成的过程中, 引入含N碳源, 如尿素、间氨基苯酚、双氰胺等[14 -16 ] , 但引入过量N可能扰乱表面活性剂与碳氮源的相互间组装, 影响碳材料孔道结构的有序性, N含量通常不是很高。赵东元等[16 ] 在软模板合成过程中, 引入双腈胺原位制备掺N的介孔碳(图2 所示), 碳化后N含量高达13.1wt%, N主要以吡咯型和Ph-NH2 形式存在(~60.3wt%)。在室温和1.013×105 Pa下, 材料展现了良好的CO2 吸附和选择性能, 最大吸附量达到3.2 mmol/g, 明显高于报道的高比表面积活性碳(2000~3000 m2 /g)对CO2 的吸附能力(<2.5 mmol/g)。无模板方法制备N掺杂的多孔碳也可用于CO2 吸附。Darge等[10 ] 直接碳化含N碳前驱体脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂, 制备N掺杂的碳材料, 在经K2 CO3 化学活化后, CO2 吸附量可达2.25 mmol/g。
图2 EISA法添加双腈胺制备碳材料的合成机理图(a)及CO2 /N2 选择性吸附图(b)[16 ]
Fig. 2 Formation process of N-doped mesoporous carbon using dicyandiamide as an additive (a); CO2 and N2 adsorption isotherms (b)[16 ]
近年来, 离子液体作为一种新型的含氮碳源, 也引起了广泛关注。戴胜等[17 ] 以功能性离子液体为碳源, 改变碳化温度及调节两种交联型阴离子的离子液体的添加比例, 成功制备了具有不同孔道结构和高CO2 吸附量的掺N碳材料。将[BMIm] [C(CN)3 ]和[EMIm][B(CN)4 ]按摩尔比为1:2进行混合, 并在高温下碳化, 在1.013×104 Pa条件下, 碳化后的材料表现出了很好的选择性吸附能力和再生能力(图3 ), 为离子液体制备富含表面功能基团的纳米多孔碳材料开拓了新思路。我们课题组以普通的咪唑类离子液体为碳源, 以规则的纳米硅球或阳极氧化铝为模板, 成功制备了具有介孔结构的掺N中空碳球或直径可调的碳纳米纤维[18 -19 ] 。研究发现, 这种掺N的碳纳米纤维具有丰富的介孔结构和高达5.3wt%掺N量, 在室温下, 其CO2 吸附量可达2.0 mmol/g, 且重复性能良好。
图 3 高压下[BMIm][C(CN)3 ]/[EMIm][B(CN)4 ]=1:2碳混合样品的CO2 、N2 吸附-脱附等温曲线[17 ]
Fig. 3 CO2 and N2 adsorption-desorption isotherms as a function of pressure of the carbons from [BMIm] [C(CN)3 ]/ [EMIm] [B(CN)4 ]=1:2[17 ]
1.2 后处理法
后处理是使用含N气体(主要是氨气)对碳材料进行高温热处理或通过简单湿法浸渍, 再高温碳化制备的掺N碳材料。到目前为止, 热处理方法是制备掺N材料最广泛方法之一。多孔碳材料经过高温氨化过程, 孔容明显增加并形成一些表面基团, 如-NH2 、-CN、吡咯型和石墨型氮。氮的含量和种类与碳化温度密切相关。袁忠勇等[8 ] 氨化处理有序介孔碳材料, 得到了表面含氮碱性官能团修饰的介孔碳材料。研究发现, 材料的表面化学性能和材料本身的结构特性都会影响CO2 的吸附性能。由于合成材料中含有丰富的孔结构, 在引入大量的碱性官能团后, 将有助于CO2 的吸附。采用NH3 进行高温热处理多孔碳的方法, N含量最高可达10wt%[9 ] , 但是成本高, 毒性较大, 长时间高温刻蚀碳层, 孔结构会遭到破坏, 从而限制了该方法的广泛应用。
在合成碳材料基础上浸渍含氮前驱体, 再经高温碳化制备高掺N的碳材料, 也是一种常用的后处理方法。吴张雄等[7 ] 在FDU-15类型介孔碳中浸渍三聚氰胺, 碳化后即在孔道表面引入了高含氮功能组分。CO2 吸附实验显示在整个吸附量范围内, 掺N介孔碳材料对CO2 的吸附热均高于纯碳材料的吸附热。高吸附热意味着这种材料可在相对较高的温度(75~100℃)下仍具有高CO2 吸附量, 这在CO2 吸附分离中, 对如何降低过程能耗具有显著意义。
在碳材料嫁接上氨基也可明显提高CO2 吸附性能。Plaza等[20 ] 研究发现在活性碳表面负载氨基后, 能显著提高CO2 的吸附性能。低温下CO2 的吸附量很低, 主要由于引入碱性氨官能团堵塞了部分微孔, 降低了活性碳的比表面积和孔容, 减弱了对CO2 的物理吸附, 在中温(70~90℃)条件下胺基活性提高, CO2 的化学吸附占主要优势。
2 孔结构对CO2 吸附性能的影响
多孔碳材料根据孔径尺寸可分为三种: 微孔材料(d <2 nm), 吸附势较高, 利用CO2 与吸附剂表面的范德华力对吸附起到主导作用; 介孔材料(2<d <50 nm), 是大分子通道, 决定其吸附速率; 大孔材料(d >50 nm), 用于储存吸附质分子。在不同孔径的碳材料上, 可进行N掺杂, 进一步增加与CO2 分子之间的化学作用, 来明显提高吸附量。
2.1 微孔碳
2.1.1 掺氮活性碳
活性碳以其巨大的比表面积、发达的孔隙结构及丰富的表面基团, 在较高的压力下, 对CO2 有着较高的吸附容量。Song等[21 ] 研究采用生物质碳化制备了掺N的颗粒状活性碳, 实验证实, 当压力高于5×105 Pa时, CO2 吸附主要由孔容和孔径分布所控制。当CO2 压力降到10 kPa时, CO2 吸附能力与N含量密切相关, 与孔容关系不大。Sayari等[22 ] 研究发现, 在干燥的吸附条件下, 含氮基团可与CO2 以2:1结合生成氨基甲酸盐; 而在水蒸气存在下, CO2 和含氮基团则以1:1比例形成碳酸氢盐, 因此, 水蒸气状态下等量含氮基团对CO2 的吸附量为干燥条件下的2倍。这种掺N的活性碳在实际工业应用中可以大大增加CO2 分子在吸附剂表面的竞争性吸附, 增加CO2 吸附量。
对掺N碳材料进行活化可显著提高材料微孔孔容和比表面积, 例如可采用KOH、ZnCl2 等化学活化或CO2 物理活化。改变制备条件, 如预碳化、活化温度、活化剂的量都可以影响微孔孔容和N含量, 进而影响CO2 吸附性能。Wang等[23 ] 使用对苯二醛和间苯二胺一步法共聚, 采用KOH活化成功制备了微孔掺N碳材料, 研究发现材料比表面积显著增加, 但N降低到~0.8wt%。高温碳化(700~750℃)的材料具有小的微孔孔径(0.7~0.8 nm), 有利于吸附剂和吸附质的接触, 对CO2 吸附量可达4.92 mmol/g, CO2 /N2 的分离系数高达47。值得注意的是, KOH对碳材料进行碳化-活化易导致孔径分布不够均一, 并且活化过程会使N元素大量流失, 材料中N含量也会降低。
最近, Zhang等[24 ] 采用活化法合成了一系列微孔孔径分布的掺N碳材料。研究认为在不同温度(0、25和75℃)和1×105 Pa条件下制备的材料, 只有当其微孔的孔径小于对应温度下的孔径临界值(0.80、0.70和0.54 nm)才对吸附CO2 分子起到决定性作用。CO2 吸附容量主要取决于微孔孔径分布。而总比表面积、总孔容及表面N含量对CO2 吸附性能的影响小于微孔孔径对其的影响。因此, 对于给定的微孔孔容的吸附剂, 可以预测其CO2 吸附量。
2.1.2 分子筛为模板合成的掺氮微孔碳
CO2 分子的动力学直径为0.33 nm, 根据蒙特卡洛分布模型, 孔道尺寸在CO2 分子大小的两倍左右对吸附最有利。在众多碳材料中, 分子筛为模板合成的碳材料引起了广泛关注, 孔径集中在0.5~ 1.0 nm, 对CO2 气体存储非常有利。Zhou等[25 ] 使用Y型沸石为模板, 糠醇在微孔孔道聚合, 得到了聚合物/沸石复合物。采用乙腈蒸汽化学气相沉积法, 经过500、600和800℃不同温度碳化后, 去除模板得到含N微孔碳YTC5、YTC6和YTC8。实验结果证实在500~600℃时, 碳材料N元素主要以-NH2 /吡咯型和吡啶型氮存在, 认为在低温碳化条件下表面化学对CO2 吸附起决定作用, 掺N微孔碳的CO2 吸附热为40 kJ/mol, 明显高于掺N的介孔碳或氨热处理的活性碳等。
Wang等[26 ] 采用不同分子筛为模板合成出一系列的微孔碳, 并用于CO2 吸附的研究。通过研究比表面和N掺杂等因素对CO2 吸附性能的影响, 发现碳吸附与比表面积存在线性关系(图4 所示)。对于一个给定比表面积的材料, 掺N明显比不掺N的斜率高接近一倍。掺N碳材料的CO2 吸附量是不掺N材料的2.2倍。采用最优合成条件获得的N掺杂的微孔碳, 具有高比表面积(2559 m2 /g), CO2 吸附量高达4.0 mmol/g。该研究表明材料的表面化学性质和材料比表面积都会影响CO2 吸附性能。
图 4 CO2 吸附量与氮掺杂和未氮掺杂的碳材料比表面积关系(1.013×105 Pa, 298 K), 氮含量在6wt%~7wt%[26 ]
Fig. 4 Relationships between the CO2 adsorption capacities (at 298 K and 1 .013×105 Pa) and the BET surface area of nitrogen- doped and undoped carbons. The N-doped carbons contain 6wt%-7wt% N[26 ]
2.1.3 掺氮活性碳纤维材料
活性碳纤维具有稳定的化学性质, 耐腐蚀, 耐温度变化, 具有大量微孔和少量介孔结构。Economy等[27 ] 用NH3 活化方法制备了表面富含碱性胺基的活性碳纤维。微孔孔径随着活化温度和时间增加而增大。在高温氨处理下, 氨会分解成-NH2 、-NH、N和H, 这些自由基攻击碳表面形成含氮碱性基团, 可使CO2 吸附性能显著提高。Shen等[28 ] 采用聚丙烯腈预氧化及化学活化, 合成了分级多孔活性碳纤维。材料显示出高比表面积(2231 m2 /g)、大孔容(1.16 cm3 /g)和高氮含量(> 8.1wt%)。这种纤维结构和强碱性位要比具有类似结构的纯碳材料有更快的吸附速率和更大的吸附容量。在相同条件下, 材料对CO2 的吸附量要比对N2 吸附量高3.3倍, 且最初的吸附速率是沸石13X的15倍。
2.1.4 掺氮石墨型碳材料
石墨烯具有丰富的开放性外表面及优异的机械强度, 但材料微孔量少且吸附势低, 束缚CO2 分子能力弱。Hao等[29 ] 借助氧化石墨烯的二维薄层特点, 将酚醛胺经过快速高效的原位缩聚反应并控制碳化过程, 得到一系列具有单层石墨烯结构导向的含N微孔片层整体式碳材料。小尺度的片层结构有助于CO2 扩散传质, 增强了与CO2 的亲附力。CO2 吸附性能显示, 在~1.013×105 Pa和25℃下, 吸附量为2.1~3.0 mmol/g。吸附性能测试表明, 材料结构单元缩小, 孔隙利用率提高, 可实现低浓度混合气下CO2 (<4vol%)的动态分离, 具有良好再生循环性能, 可应用于封闭空间内低浓度的CO2 的分离净化。Kim等[30 ] 在氧化石墨中用过硫酸铵引发吡咯聚合, 经肼还原后, 制得聚吡咯功能化的石墨烯, 再用KOH溶液活化聚吡咯/石墨烯复合物, 得到掺N多孔碳, 在25℃下, 对CO2 吸附量达到4.3 mmol/g, CO2 /N2 吸附的选择性为15.9。
2.1.5 掺氮金属有机框架为模板合成掺氮碳材料
金属-有机骨架材料(MOFs), 孔道规则且结构可设计, 具有高的比表面积和孔容量, 去除模板简单无污染, 因此可作为模板合成碳材料, 并被广泛应用于CO2 的吸附分离中, 表现出比沸石和部分活性碳更加优异的吸附性能。Bai等[31 ] 首次报道直接碳化金属有机骨架材料[CO (HTTG)(H2 O)2 ]n 2 /CH4 的选择性也逐渐增强。
最近, Zhao等[32 ] 合成了Cu-BTC MOF和尿素改性的氧化石墨复合材料, 在动态吸附条件下, 显示出很高的CO2 吸附量(4.23 mmol/g)。将掺N后的氧化石墨嵌入MOF中, 改变了模板MOF的表面化学性质和微孔结构, 对CO2 分子吸附起到了协同作用。吸附位主要集中在小的微孔、开放的Cu活性位和笼型窗口处。
2.2 掺氮介孔碳
介孔碳材料的孔径集中在2~50 nm左右, 有利于CO2 分子的传递扩散, 可广泛应用于CO2 吸附。分子模拟实验证实掺N的介孔碳与不掺N介孔碳相比, 可显著增加CO2 吸附性能, 除了介孔的影响, 还可归因于CO2 分子与吡啶氮的化学作用[33 ] 。Yu等[34 ] 采用环保的六次甲基四胺水解创造碱性条件, 催化三聚氰胺酚醛树脂合成高效的CO2 吸附剂。研究发现, 提高碳化温度, 碳材料N含量明显下降, 但孔容和比表面积不断增加, 同时CO2 吸附量在一定温度范围呈增加趋势(3.0~4.6 mmol/g)。但三聚氰胺树脂高温分解较严重, 氮残率通常< 4wt%。
Fu等[35 ] 采用软/硬双模板的方法, P123作为碳源和结构导向剂, 成功制备出介孔碳泡沫(如图5 所示)。这种碳泡沫具有高的比表面积, 大的孔容, 孔径主要集中在10~30 nm左右。将聚乙烯亚胺(PEI)浸渍到碳泡沫的孔道内, 得到掺N介孔碳, 用于动态CO2 吸附。结果证实, 在实验开始10 min后, 即可达到吸附平衡, 吸附量高达4.5 mmol/g, 是目前报道胺浸渍介孔碳最高的碳材料。
图 5 介孔碳泡沫的合成示意图(a)和75℃下PEI浸渍介孔碳泡沫的CO2 吸附动力学曲线(b)[35 ]
Fig. 5 Schematic illustration of the synthesis method of mesoporous carbon foams(a) and CO2 adsorption kinetics of the PEI-impregnated mesoporous carbon sorbent at 75℃(b)[35 ]
近年来, 一些新颖的含氮碳源, 如虾壳素、壳聚糖、明胶、海藻、多巴胺等[36 -39 ] 也广泛用来合成掺N的介孔碳材料。相比传统合成步骤繁琐, 能耗高的掺N介孔碳制备, 生物质碳化环保可再生, 简便易控。但制备的掺N碳材料孔径分布较宽, 限制了其实际应用。与此同时, 介孔金属氧化物, 如介孔Al2 O3 等[40 ] 为硬模板合成掺N介孔碳, 在气体吸附和分离也具有广泛前景。
Yang等[41 ] 报道了一种新型制备N掺杂介孔碳材料的方法, 无需加入硬模板及高温碳化。在丙烯酸和非离子表面活性剂Brij72的存在下, 添加葡萄糖水热处理, 得到表面富含丙烯酸的碳材料, 随后嫁接有机胺, 制备出的掺N介孔碳对CO2 的吸附量为~3.2 mmol/g, CO2 /N2 的分离系数可达46。CO2 吸附性能可达171 mg/g。
2.3 掺氮分级多孔碳
以活性碳、分子筛或MOF合成的微孔结构的多孔碳, 尽管具有高CO2 吸附量等, 但是制备过程复杂, 孔径分布主要在微孔, 扩散阻力大。因此探索制备具有分级的微孔-介孔-大孔材料用于CO2 吸附显得尤为重要。李强等[42 ] 使用介孔硅泡沫球作为硬模板, 四氯化碳和乙二胺聚合作为碳氮源, 成功地制备了三维微孔-介孔-大孔碳球, 孔径集中在4.0和43 nm。材料主要以吡啶型氮存在, 增加了材料与CO2 分子作用力。在25和75℃下, 掺N的多孔碳材料的CO2 吸附量分别为2.9和0.97 mmol/g。结果证实, 由于毛细管冷凝作用, 大量微孔和小的介孔对CO2 的捕获起到决定性作用, 而三维分级介孔促进了CO2 在孔道的扩散, 有利于CO2 的捕获。Wilke等[43 ] 在三聚氰胺树脂引入SiO2 纳米粒子, 得到了具有分级海绵状的掺N整体碳材料。多孔碳材料孔隙高达61%, 比表面积为250 m2 /g, CO2 /N2 的选择性高达~23。
上述大量碳材料, 特别是模板碳, 均为粉体材料。在实际吸附CO2 中易造成床层压力变大, 循环性能差。因此制备整体块状的掺N分级多孔碳成为研究重点。Gutierrez等[44 ] 用低温共溶熔剂(DESs)作为碳源和结构导向剂, 直接合成了掺N量为8wt%~ 12wt%的微孔-介孔整体大块碳材料。在室温和1.013×105 Pa下, 在800℃碳化后得到的样品CO2 吸附量为3.3 mmol/g。Hao等[45 ] 通过在水相中添加赖氨酸作为催化剂和氮源, 快速简便地合成整体介孔掺N碳材料。通过考察不同碳化温度, 证实500℃下碳化得到的碳材料具有高N含量且比表面最大, CO2 吸附量高达3.13 mmol/g。随后该课题组[46 ] 又通过添加小分子有机胺来引入含氮官能团, 制备的样品具有大孔和介孔相互连接的三维六方的孔道结构、较高的机械强度和高CO2 吸附性能(图6 所示)。在1×105 Pa和0℃下, CO2 吸附量达3.3~4.6 mmol/g, 25℃时为2.6~3.3 mmol/g。室温下CO2 /N2 混合气体的选择性达13~28, 且再生性能良好, 但合成过程较复杂, 且对环境有一定危害。
图 6 分级整块碳材料的SEM照片、N2 吸附-脱附曲线和孔径分布图(a~d)和(e)光学照片[46 ]
Fig. 6 SEM images of hierarchical porous carbon and N2 adsorption-desorption and PSD (a-d) and optical images (e)[46 ]
最近, Zhu等[47 ] 采用丙烯腈和丙烯酰胺共聚合成了一种毫米尺度的放射状碳球, 该材料具有微孔-介孔-大孔结构和高吡啶氮含量, 不仅显示高的CO2 吸附性能, 同时满足燃烧后动态CO2 捕获的工业需求。这些整体大块的碳材料合成简便, 制备过程经济适用, 吸附效果明显强于液相胺吸附和其他固体粉末吸附, 是以后大规模生产固体吸附剂的研究热点。表1 总结了一些近年来报道不同掺氮碳材料的CO2 吸附量。
3 结束语
综上所述, 本文详细探讨了掺N碳材料的合成方法及孔道结构对CO2 吸附性能的影响。N元素的引入不仅改变了碳材料的表面化学性质, 也对碳材料的结构产生了一定的影响, 从而对CO2 吸附具有高选择性和高吸附量。直接模板法合成碳材料具有高N含量、高比表面积及丰富的孔道结构, 对提高CO2 吸附性能都是十分必要的。采用热处理、浸渍或嫁接氮源等后处理方法可以产生大量碱性位, 但是相比直接法, 可能会对多孔碳孔道产生堵塞, 导致比表面积下降。在制备过程中还有可能使用有毒高刺激性的气体或高压操作, 不太适合工业生产。在今后的研究中, 采用来源广泛、具有相对高的氮含量生物质材料(明胶、藻类、木质素等)和高碳氮残率作为N前驱体, 可有效克服当前掺N碳材料制备方法繁琐的缺点。N的类型和含量对CO2 吸附性能影响较大, 特别是吡啶和吡咯型N可以显著增加CO2 的选择性吸附, 因此要不断探索高温碳化后能够产生此种类型N的前驱体。目前, 掺N碳材料多为粉体, 且孔径分布较为单一, 在实际动态变温或变压CO2 吸附中, 粉化严重, 循环性能较差。而整体分级多孔掺N碳材料由于具有多级孔道分布, 孔道通透良好, 且机械稳定性好及形貌可控等特点,同时高度分散的含氮基团修饰的孔道表面与发达的孔道结构协同作用, 使其在CO2 吸附上明显强于单一孔材料, 成为研究CO2 吸附剂的重点和热点之一。
The authors have declared that no competing interests exist.
作者声明没有竞争性利益关系.
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Amine scrubbing for CO2 capture.
1
2009
... CO2 是造成全球变暖的温室气体之一, 过度排放会导致一系列环境与生态的问题, 因此捕集和存储CO2 具有极其重要的意义[1 ] .吸附法由于具有吸附容量大、选择性高、能耗低及易分离等优点而受到广泛关注, 成为环境与能源领域的研究热点之一[2 ] .吸附分离性能优异的材料, 通常需要满足一些条件, 如: 吸附容量大、吸脱附速率快、选择性高和再生性能好等.多孔碳材料以其大比表面积和孔容、高机械稳定性、良好的导电性及表面化学惰性, 在吸附、催化、储氢、电化学和燃料电池等领域显示出巨大的应用前景[2 -6 ] .多孔碳材料也广泛应用于CO2 的吸附分离, 但CO2 在纯碳材料上吸附属于物理吸附, 因此CO2 吸附量和选择性都较差.在25℃, 商业活性碳的CO2 吸附量只有0.89 mmol/g, 介孔CMK-3的CO2 吸附量也只有1.7 mmol/g, 远远小于液相吸收体系对CO2 气体的吸收[7 ] .在多孔碳材料中引入杂原子, 如B、N、P或O等可以显著地改善其机械、导电或电化学性能.特别是N元素可部分取代碳元素, 极大地改变材料的表面性质, 调变其孔道结构, 增强其亲水性, 并影响材料表面的酸碱性, 提供大量化学活性位, 因而常被用于CO2 吸附研究. ...
Microporosity development in phenolic resin-based mesoporouscarbons for enhancing CO2 adsorption at ambient conditions.
2
2014
... CO2 是造成全球变暖的温室气体之一, 过度排放会导致一系列环境与生态的问题, 因此捕集和存储CO2 具有极其重要的意义[1 ] .吸附法由于具有吸附容量大、选择性高、能耗低及易分离等优点而受到广泛关注, 成为环境与能源领域的研究热点之一[2 ] .吸附分离性能优异的材料, 通常需要满足一些条件, 如: 吸附容量大、吸脱附速率快、选择性高和再生性能好等.多孔碳材料以其大比表面积和孔容、高机械稳定性、良好的导电性及表面化学惰性, 在吸附、催化、储氢、电化学和燃料电池等领域显示出巨大的应用前景[2 -6 ] .多孔碳材料也广泛应用于CO2 的吸附分离, 但CO2 在纯碳材料上吸附属于物理吸附, 因此CO2 吸附量和选择性都较差.在25℃, 商业活性碳的CO2 吸附量只有0.89 mmol/g, 介孔CMK-3的CO2 吸附量也只有1.7 mmol/g, 远远小于液相吸收体系对CO2 气体的吸收[7 ] .在多孔碳材料中引入杂原子, 如B、N、P或O等可以显著地改善其机械、导电或电化学性能.特别是N元素可部分取代碳元素, 极大地改变材料的表面性质, 调变其孔道结构, 增强其亲水性, 并影响材料表面的酸碱性, 提供大量化学活性位, 因而常被用于CO2 吸附研究. ...
... [2 -6 ].多孔碳材料也广泛应用于CO2 的吸附分离, 但CO2 在纯碳材料上吸附属于物理吸附, 因此CO2 吸附量和选择性都较差.在25℃, 商业活性碳的CO2 吸附量只有0.89 mmol/g, 介孔CMK-3的CO2 吸附量也只有1.7 mmol/g, 远远小于液相吸收体系对CO2 气体的吸收[7 ] .在多孔碳材料中引入杂原子, 如B、N、P或O等可以显著地改善其机械、导电或电化学性能.特别是N元素可部分取代碳元素, 极大地改变材料的表面性质, 调变其孔道结构, 增强其亲水性, 并影响材料表面的酸碱性, 提供大量化学活性位, 因而常被用于CO2 吸附研究. ...
Aerobic liquid-phase oxidation of ethyl benzene to acetophenone catalyzed by carbon nanotubes.
0
2013
Evolution of optimal porosity for improved hydrogen storage in template zeolite-like carbons.
0
2010
Kilogram-scale synthesis of ordered mesoporous carbons and their electrochemical performance.
0
2011
Synthesis and characterization of mesoporouscarbonfor fuel cell applications.
1
2007
... CO2 是造成全球变暖的温室气体之一, 过度排放会导致一系列环境与生态的问题, 因此捕集和存储CO2 具有极其重要的意义[1 ] .吸附法由于具有吸附容量大、选择性高、能耗低及易分离等优点而受到广泛关注, 成为环境与能源领域的研究热点之一[2 ] .吸附分离性能优异的材料, 通常需要满足一些条件, 如: 吸附容量大、吸脱附速率快、选择性高和再生性能好等.多孔碳材料以其大比表面积和孔容、高机械稳定性、良好的导电性及表面化学惰性, 在吸附、催化、储氢、电化学和燃料电池等领域显示出巨大的应用前景[2 -6 ] .多孔碳材料也广泛应用于CO2 的吸附分离, 但CO2 在纯碳材料上吸附属于物理吸附, 因此CO2 吸附量和选择性都较差.在25℃, 商业活性碳的CO2 吸附量只有0.89 mmol/g, 介孔CMK-3的CO2 吸附量也只有1.7 mmol/g, 远远小于液相吸收体系对CO2 气体的吸收[7 ] .在多孔碳材料中引入杂原子, 如B、N、P或O等可以显著地改善其机械、导电或电化学性能.特别是N元素可部分取代碳元素, 极大地改变材料的表面性质, 调变其孔道结构, 增强其亲水性, 并影响材料表面的酸碱性, 提供大量化学活性位, 因而常被用于CO2 吸附研究. ...
Post-enrichment of nitrogen in soft-templated ordered mesoporouscarbonmaterials for highly efficient phenol removal and CO2 capture.
2
2012
... CO2 是造成全球变暖的温室气体之一, 过度排放会导致一系列环境与生态的问题, 因此捕集和存储CO2 具有极其重要的意义[1 ] .吸附法由于具有吸附容量大、选择性高、能耗低及易分离等优点而受到广泛关注, 成为环境与能源领域的研究热点之一[2 ] .吸附分离性能优异的材料, 通常需要满足一些条件, 如: 吸附容量大、吸脱附速率快、选择性高和再生性能好等.多孔碳材料以其大比表面积和孔容、高机械稳定性、良好的导电性及表面化学惰性, 在吸附、催化、储氢、电化学和燃料电池等领域显示出巨大的应用前景[2 -6 ] .多孔碳材料也广泛应用于CO2 的吸附分离, 但CO2 在纯碳材料上吸附属于物理吸附, 因此CO2 吸附量和选择性都较差.在25℃, 商业活性碳的CO2 吸附量只有0.89 mmol/g, 介孔CMK-3的CO2 吸附量也只有1.7 mmol/g, 远远小于液相吸收体系对CO2 气体的吸收[7 ] .在多孔碳材料中引入杂原子, 如B、N、P或O等可以显著地改善其机械、导电或电化学性能.特别是N元素可部分取代碳元素, 极大地改变材料的表面性质, 调变其孔道结构, 增强其亲水性, 并影响材料表面的酸碱性, 提供大量化学活性位, 因而常被用于CO2 吸附研究. ...
... 在合成碳材料基础上浸渍含氮前驱体, 再经高温碳化制备高掺N的碳材料, 也是一种常用的后处理方法.吴张雄等[7 ] 在FDU-15类型介孔碳中浸渍三聚氰胺, 碳化后即在孔道表面引入了高含氮功能组分.CO2 吸附实验显示在整个吸附量范围内, 掺N介孔碳材料对CO2 的吸附热均高于纯碳材料的吸附热.高吸附热意味着这种材料可在相对较高的温度(75~100℃)下仍具有高CO2 吸附量, 这在CO2 吸附分离中, 对如何降低过程能耗具有显著意义. ...
Ordered mesoporous carbons: citric acid-catalyzed synthesis, nitrogen doping and CO2 capture.
2
2011
... 在掺N碳材料中, N原子种类决定吸附CO2 能力的高低[8 ] .通常, 掺N碳材料中N可分成两类: 化学氮和结构氮.化学氮以表面官能团的形式存在, 如胺、亚硝基等; 而结构氮则与碳材料中的碳骨架直接相连, 如吡啶型氮、吡咯型氮、四配位氮、氧化石墨氮[9 ] , 如图1 所示.另外, 影响CO2 吸附性能的因素还有比表面积和孔道结构.比表面积、微孔孔容越大, 碱性官能团越多越有利于CO2 吸附. ...
... 后处理是使用含N气体(主要是氨气)对碳材料进行高温热处理或通过简单湿法浸渍, 再高温碳化制备的掺N碳材料.到目前为止, 热处理方法是制备掺N材料最广泛方法之一.多孔碳材料经过高温氨化过程, 孔容明显增加并形成一些表面基团, 如-NH2 、-CN、吡咯型和石墨型氮.氮的含量和种类与碳化温度密切相关.袁忠勇等[8 ] 氨化处理有序介孔碳材料, 得到了表面含氮碱性官能团修饰的介孔碳材料.研究发现, 材料的表面化学性能和材料本身的结构特性都会影响CO2 的吸附性能.由于合成材料中含有丰富的孔结构, 在引入大量的碱性官能团后, 将有助于CO2 的吸附.采用NH3 进行高温热处理多孔碳的方法, N含量最高可达10wt%[9 ] , 但是成本高, 毒性较大, 长时间高温刻蚀碳层, 孔结构会遭到破坏, 从而限制了该方法的广泛应用. ...
Nitrogen-enriched ordered mesoporous carbons through direct pyrolysis in ammonia with enhanced capacitive performance.
4
2013
... 在掺N碳材料中, N原子种类决定吸附CO2 能力的高低[8 ] .通常, 掺N碳材料中N可分成两类: 化学氮和结构氮.化学氮以表面官能团的形式存在, 如胺、亚硝基等; 而结构氮则与碳材料中的碳骨架直接相连, 如吡啶型氮、吡咯型氮、四配位氮、氧化石墨氮[9 ] , 如图1 所示.另外, 影响CO2 吸附性能的因素还有比表面积和孔道结构.比表面积、微孔孔容越大, 碱性官能团越多越有利于CO2 吸附. ...
... N原子在碳材料中的可能存在形式示意图[9 ] ...
... Possible positions of N atom in the carbon materials [9 ] .(1-Anmio-N; 2-Pyrrolic; 3-Nitrosyl-N; 4-Pyridone; 5-Quaternary) ...
... 后处理是使用含N气体(主要是氨气)对碳材料进行高温热处理或通过简单湿法浸渍, 再高温碳化制备的掺N碳材料.到目前为止, 热处理方法是制备掺N材料最广泛方法之一.多孔碳材料经过高温氨化过程, 孔容明显增加并形成一些表面基团, 如-NH2 、-CN、吡咯型和石墨型氮.氮的含量和种类与碳化温度密切相关.袁忠勇等[8 ] 氨化处理有序介孔碳材料, 得到了表面含氮碱性官能团修饰的介孔碳材料.研究发现, 材料的表面化学性能和材料本身的结构特性都会影响CO2 的吸附性能.由于合成材料中含有丰富的孔结构, 在引入大量的碱性官能团后, 将有助于CO2 的吸附.采用NH3 进行高温热处理多孔碳的方法, N含量最高可达10wt%[9 ] , 但是成本高, 毒性较大, 长时间高温刻蚀碳层, 孔结构会遭到破坏, 从而限制了该方法的广泛应用. ...
Preparation of carbon dioxide adsorbents from the chemical activation of urea- formaldehyde and melamine-formaldehyde resins.
2
2007
... 原位法是指在原料中加入不易分解的含N化合物, 经过高温碳化从而制备掺N多孔碳[10 -13 ] .常用的方法可分成硬模板和软模板两种. ...
... 软模板法, 主要是合成的过程中, 引入含N碳源, 如尿素、间氨基苯酚、双氰胺等[14 -16 ] , 但引入过量N可能扰乱表面活性剂与碳氮源的相互间组装, 影响碳材料孔道结构的有序性, N含量通常不是很高.赵东元等[16 ] 在软模板合成过程中, 引入双腈胺原位制备掺N的介孔碳(图2 所示), 碳化后N含量高达13.1wt%, N主要以吡咯型和Ph-NH2 形式存在(~60.3wt%).在室温和1.013×105 Pa下, 材料展现了良好的CO2 吸附和选择性能, 最大吸附量达到3.2 mmol/g, 明显高于报道的高比表面积活性碳(2000~3000 m2 /g)对CO2 的吸附能力(<2.5 mmol/g).无模板方法制备N掺杂的多孔碳也可用于CO2 吸附.Darge等[10 ] 直接碳化含N碳前驱体脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂, 制备N掺杂的碳材料, 在经K2 CO3 化学活化后, CO2 吸附量可达2.25 mmol/g. ...
Unprecedented CO2 uptake over highly porous N-doped activated carbon monoliths prepared by physical activation.
1
2012
... Different nitrogen doped carbon materials for CO
2 adsorption capacity
Samples Nitrogen source Nitrogen content/wt% Functionalities Surface area /(m2 ·g-1 ) CO2 capacity-1 ) N-doped microporous carbon [48 ] Imine-linked polymer 5.58-8.74 Pyridinic, quaternary 263-366 1.95 N-doped mesoporous carbon[49 ] Melamine resin -8.00 Pyridinic, pyrrolic, quaternary -750 1.80 KOH activated porous carbon[13 ] Polypyrrole -10.14 Pyridinic,quaternary 1700 3.10 Organic amine grafting carbon[50 ] Glucose NA Amide, tertiary amines, primary amines <10 4.10 Macro-micro hollow carbon spheres [51 ] Melamine 14.80 NA 767 2.67 Sustainable biomass [38 ] Glgae 1.1-4.7 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1300-2400 7.40 Template carbon [52 ] HNO3 6.73 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1979 4.30 N-doped activated carbon monoliths [11 ] Polyacrylonitrile 1.80 NA 2501 5.14
NA: not available ...
Novel porous carbon materials with ultrahigh nitrogen contents for selective CO2 capture.
1
2012
... 硬模板主要采用富含N的前驱体, 如三聚氰胺树脂、脲醛树脂、聚丙烯腈、聚苯胺或聚吡咯等.经过高温碳化, 除去硬模板后(通常为介孔硅), 即得到高N含量的碳材料.硬模板法得到碳材料具有孔径可调、形貌可控及N含量高的优点, 但是制备周期长, 过程繁琐等.赵东元等[12 ] 以三维连续孔道的IBN-9为硬模板, 对苯二胺和糠醇原位聚合, 通过调节碳氮源的比例和细致控制活化条件, 制备了微孔-介孔碳材料, 该材料具有高的比表面积(1181 m2 /g)和高N含量(~13wt%).特别是, 在低压下(2×104 Pa), CO2 吸附量为1.75 mmol/g, 且CO2 / N2 选择性可达42. ...
N-doped polypyrrole-based porous carbons for CO2 capture.
2
2011
... 原位法是指在原料中加入不易分解的含N化合物, 经过高温碳化从而制备掺N多孔碳[10 -13 ] .常用的方法可分成硬模板和软模板两种. ...
... Different nitrogen doped carbon materials for CO
2 adsorption capacity
Samples Nitrogen source Nitrogen content/wt% Functionalities Surface area /(m2 ·g-1 ) CO2 capacity-1 ) N-doped microporous carbon [48 ] Imine-linked polymer 5.58-8.74 Pyridinic, quaternary 263-366 1.95 N-doped mesoporous carbon[49 ] Melamine resin -8.00 Pyridinic, pyrrolic, quaternary -750 1.80 KOH activated porous carbon[13 ] Polypyrrole -10.14 Pyridinic,quaternary 1700 3.10 Organic amine grafting carbon[50 ] Glucose NA Amide, tertiary amines, primary amines <10 4.10 Macro-micro hollow carbon spheres [51 ] Melamine 14.80 NA 767 2.67 Sustainable biomass [38 ] Glgae 1.1-4.7 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1300-2400 7.40 Template carbon [52 ] HNO3 6.73 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1979 4.30 N-doped activated carbon monoliths [11 ] Polyacrylonitrile 1.80 NA 2501 5.14
NA: not available ...
One-pot synthesis of highly ordered nitrogen-containing mesoporous carbon with resorcinol-urea-formaldehyde resin for CO2 capture.
1
2014
... 软模板法, 主要是合成的过程中, 引入含N碳源, 如尿素、间氨基苯酚、双氰胺等[14 -16 ] , 但引入过量N可能扰乱表面活性剂与碳氮源的相互间组装, 影响碳材料孔道结构的有序性, N含量通常不是很高.赵东元等[16 ] 在软模板合成过程中, 引入双腈胺原位制备掺N的介孔碳(图2 所示), 碳化后N含量高达13.1wt%, N主要以吡咯型和Ph-NH2 形式存在(~60.3wt%).在室温和1.013×105 Pa下, 材料展现了良好的CO2 吸附和选择性能, 最大吸附量达到3.2 mmol/g, 明显高于报道的高比表面积活性碳(2000~3000 m2 /g)对CO2 的吸附能力(<2.5 mmol/g).无模板方法制备N掺杂的多孔碳也可用于CO2 吸附.Darge等[10 ] 直接碳化含N碳前驱体脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂, 制备N掺杂的碳材料, 在经K2 CO3 化学活化后, CO2 吸附量可达2.25 mmol/g. ...
Fabrication of N-doped highly ordered mesoporous polymers and carbons.
0
2009
A Controllable synthesis of rich nitrogen-doped ordered mesoporous carbon for CO2 capture and supercapacitors.
4
2013
... 软模板法, 主要是合成的过程中, 引入含N碳源, 如尿素、间氨基苯酚、双氰胺等[14 -16 ] , 但引入过量N可能扰乱表面活性剂与碳氮源的相互间组装, 影响碳材料孔道结构的有序性, N含量通常不是很高.赵东元等[16 ] 在软模板合成过程中, 引入双腈胺原位制备掺N的介孔碳(图2 所示), 碳化后N含量高达13.1wt%, N主要以吡咯型和Ph-NH2 形式存在(~60.3wt%).在室温和1.013×105 Pa下, 材料展现了良好的CO2 吸附和选择性能, 最大吸附量达到3.2 mmol/g, 明显高于报道的高比表面积活性碳(2000~3000 m2 /g)对CO2 的吸附能力(<2.5 mmol/g).无模板方法制备N掺杂的多孔碳也可用于CO2 吸附.Darge等[10 ] 直接碳化含N碳前驱体脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂, 制备N掺杂的碳材料, 在经K2 CO3 化学活化后, CO2 吸附量可达2.25 mmol/g. ...
... [16 ]在软模板合成过程中, 引入双腈胺原位制备掺N的介孔碳(图2 所示), 碳化后N含量高达13.1wt%, N主要以吡咯型和Ph-NH2 形式存在(~60.3wt%).在室温和1.013×105 Pa下, 材料展现了良好的CO2 吸附和选择性能, 最大吸附量达到3.2 mmol/g, 明显高于报道的高比表面积活性碳(2000~3000 m2 /g)对CO2 的吸附能力(<2.5 mmol/g).无模板方法制备N掺杂的多孔碳也可用于CO2 吸附.Darge等[10 ] 直接碳化含N碳前驱体脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂, 制备N掺杂的碳材料, 在经K2 CO3 化学活化后, CO2 吸附量可达2.25 mmol/g. ...
... EISA法添加双腈胺制备碳材料的合成机理图(a)及CO2 /N2 选择性吸附图(b)[16 ] ...
... Formation process of N-doped mesoporous carbon using dicyandiamide as an additive (a); CO2 and N2 adsorption isotherms (b)[16 ] ...
Boron and nitrogen-rich carbons from ionic liquid precursors with tailorable surface properties.
3
2011
... 近年来, 离子液体作为一种新型的含氮碳源, 也引起了广泛关注.戴胜等[17 ] 以功能性离子液体为碳源, 改变碳化温度及调节两种交联型阴离子的离子液体的添加比例, 成功制备了具有不同孔道结构和高CO2 吸附量的掺N碳材料.将[BMIm] [C(CN)3 ]和[EMIm][B(CN)4 ]按摩尔比为1:2进行混合, 并在高温下碳化, 在1.013×104 Pa条件下, 碳化后的材料表现出了很好的选择性吸附能力和再生能力(图3 ), 为离子液体制备富含表面功能基团的纳米多孔碳材料开拓了新思路.我们课题组以普通的咪唑类离子液体为碳源, 以规则的纳米硅球或阳极氧化铝为模板, 成功制备了具有介孔结构的掺N中空碳球或直径可调的碳纳米纤维[18 -19 ] .研究发现, 这种掺N的碳纳米纤维具有丰富的介孔结构和高达5.3wt%掺N量, 在室温下, 其CO2 吸附量可达2.0 mmol/g, 且重复性能良好. ...
... 高压下[BMIm][C(CN)3 ]/[EMIm][B(CN)4 ]=1:2碳混合样品的CO2 、N2 吸附-脱附等温曲线[17 ] ...
... CO2 and N2 adsorption-desorption isotherms as a function of pressure of the carbons from [BMIm] [C(CN)3 ]/ [EMIm] [B(CN)4 ]=1:2[17 ] ...
Thin-walled, mesoporous and nitrogen-doped hollow carbon spheres using ionic liquids as precursors.
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2013
... 近年来, 离子液体作为一种新型的含氮碳源, 也引起了广泛关注.戴胜等[17 ] 以功能性离子液体为碳源, 改变碳化温度及调节两种交联型阴离子的离子液体的添加比例, 成功制备了具有不同孔道结构和高CO2 吸附量的掺N碳材料.将[BMIm] [C(CN)3 ]和[EMIm][B(CN)4 ]按摩尔比为1:2进行混合, 并在高温下碳化, 在1.013×104 Pa条件下, 碳化后的材料表现出了很好的选择性吸附能力和再生能力(图3 ), 为离子液体制备富含表面功能基团的纳米多孔碳材料开拓了新思路.我们课题组以普通的咪唑类离子液体为碳源, 以规则的纳米硅球或阳极氧化铝为模板, 成功制备了具有介孔结构的掺N中空碳球或直径可调的碳纳米纤维[18 -19 ] .研究发现, 这种掺N的碳纳米纤维具有丰富的介孔结构和高达5.3wt%掺N量, 在室温下, 其CO2 吸附量可达2.0 mmol/g, 且重复性能良好. ...
A co-confined carbonization approach to aligned nitrogen-doped mesoporous carbon nanofibers and its application as an adsorbent.
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2014
... 近年来, 离子液体作为一种新型的含氮碳源, 也引起了广泛关注.戴胜等[17 ] 以功能性离子液体为碳源, 改变碳化温度及调节两种交联型阴离子的离子液体的添加比例, 成功制备了具有不同孔道结构和高CO2 吸附量的掺N碳材料.将[BMIm] [C(CN)3 ]和[EMIm][B(CN)4 ]按摩尔比为1:2进行混合, 并在高温下碳化, 在1.013×104 Pa条件下, 碳化后的材料表现出了很好的选择性吸附能力和再生能力(图3 ), 为离子液体制备富含表面功能基团的纳米多孔碳材料开拓了新思路.我们课题组以普通的咪唑类离子液体为碳源, 以规则的纳米硅球或阳极氧化铝为模板, 成功制备了具有介孔结构的掺N中空碳球或直径可调的碳纳米纤维[18 -19 ] .研究发现, 这种掺N的碳纳米纤维具有丰富的介孔结构和高达5.3wt%掺N量, 在室温下, 其CO2 吸附量可达2.0 mmol/g, 且重复性能良好. ...
CO2 capture by adsorption with nitrogen enriched carbons.
1
2007
... 在碳材料嫁接上氨基也可明显提高CO2 吸附性能.Plaza等[20 ] 研究发现在活性碳表面负载氨基后, 能显著提高CO2 的吸附性能.低温下CO2 的吸附量很低, 主要由于引入碱性氨官能团堵塞了部分微孔, 降低了活性碳的比表面积和孔容, 减弱了对CO2 的物理吸附, 在中温(70~90℃)条件下胺基活性提高, CO2 的化学吸附占主要优势. ...
Superior carbon-based CO2 adsorbents prepared from poplar anthers.
1
2014
... 活性碳以其巨大的比表面积、发达的孔隙结构及丰富的表面基团, 在较高的压力下, 对CO2 有着较高的吸附容量.Song等[21 ] 研究采用生物质碳化制备了掺N的颗粒状活性碳, 实验证实, 当压力高于5×105 Pa时, CO2 吸附主要由孔容和孔径分布所控制.当CO2 压力降到10 kPa时, CO2 吸附能力与N含量密切相关, 与孔容关系不大.Sayari等[22 ] 研究发现, 在干燥的吸附条件下, 含氮基团可与CO2 以2:1结合生成氨基甲酸盐; 而在水蒸气存在下, CO2 和含氮基团则以1:1比例形成碳酸氢盐, 因此, 水蒸气状态下等量含氮基团对CO2 的吸附量为干燥条件下的2倍.这种掺N的活性碳在实际工业应用中可以大大增加CO2 分子在吸附剂表面的竞争性吸附, 增加CO2 吸附量. ...
Stabilization of amine- containing CO2 adsorbents: dramatic effect of water vapor.
1
2010
... 活性碳以其巨大的比表面积、发达的孔隙结构及丰富的表面基团, 在较高的压力下, 对CO2 有着较高的吸附容量.Song等[21 ] 研究采用生物质碳化制备了掺N的颗粒状活性碳, 实验证实, 当压力高于5×105 Pa时, CO2 吸附主要由孔容和孔径分布所控制.当CO2 压力降到10 kPa时, CO2 吸附能力与N含量密切相关, 与孔容关系不大.Sayari等[22 ] 研究发现, 在干燥的吸附条件下, 含氮基团可与CO2 以2:1结合生成氨基甲酸盐; 而在水蒸气存在下, CO2 和含氮基团则以1:1比例形成碳酸氢盐, 因此, 水蒸气状态下等量含氮基团对CO2 的吸附量为干燥条件下的2倍.这种掺N的活性碳在实际工业应用中可以大大增加CO2 分子在吸附剂表面的竞争性吸附, 增加CO2 吸附量. ...
An efficient one-step condensation and activationstrategy to synthesize porous carbons with optimal micropore sizes for highly selective CO2 adsorption.
1
2014
... 对掺N碳材料进行活化可显著提高材料微孔孔容和比表面积, 例如可采用KOH、ZnCl2 等化学活化或CO2 物理活化.改变制备条件, 如预碳化、活化温度、活化剂的量都可以影响微孔孔容和N含量, 进而影响CO2 吸附性能.Wang等[23 ] 使用对苯二醛和间苯二胺一步法共聚, 采用KOH活化成功制备了微孔掺N碳材料, 研究发现材料比表面积显著增加, 但N降低到~0.8wt%.高温碳化(700~750℃)的材料具有小的微孔孔径(0.7~0.8 nm), 有利于吸附剂和吸附质的接触, 对CO2 吸附量可达4.92 mmol/g, CO2 /N2 的分离系数高达47.值得注意的是, KOH对碳材料进行碳化-活化易导致孔径分布不够均一, 并且活化过程会使N元素大量流失, 材料中N含量也会降低. ...
S, ZHOU J, QIAO S Z, et al. Critical role of small micropores in high CO2 uptake.
1
2013
... 最近, Zhang等[24 ] 采用活化法合成了一系列微孔孔径分布的掺N碳材料.研究认为在不同温度(0、25和75℃)和1×105 Pa条件下制备的材料, 只有当其微孔的孔径小于对应温度下的孔径临界值(0.80、0.70和0.54 nm)才对吸附CO2 分子起到决定性作用.CO2 吸附容量主要取决于微孔孔径分布.而总比表面积、总孔容及表面N含量对CO2 吸附性能的影响小于微孔孔径对其的影响.因此, 对于给定的微孔孔容的吸附剂, 可以预测其CO2 吸附量. ...
Carbon dioxide adsorption performance of N-doped zeolite Y template carbons.
1
2012
... CO2 分子的动力学直径为0.33 nm, 根据蒙特卡洛分布模型, 孔道尺寸在CO2 分子大小的两倍左右对吸附最有利.在众多碳材料中, 分子筛为模板合成的碳材料引起了广泛关注, 孔径集中在0.5~ 1.0 nm, 对CO2 气体存储非常有利.Zhou等[25 ] 使用Y型沸石为模板, 糠醇在微孔孔道聚合, 得到了聚合物/沸石复合物.采用乙腈蒸汽化学气相沉积法, 经过500、600和800℃不同温度碳化后, 去除模板得到含N微孔碳YTC5、YTC6和YTC8.实验结果证实在500~600℃时, 碳材料N元素主要以-NH2 /吡咯型和吡啶型氮存在, 认为在低温碳化条件下表面化学对CO2 吸附起决定作用, 掺N微孔碳的CO2 吸附热为40 kJ/mol, 明显高于掺N的介孔碳或氨热处理的活性碳等. ...
Significantly increased CO2 adsorption performance of nanostructured templated carbon by tuning surface area and nitrogen doping.
3
2012
... Wang等[26 ] 采用不同分子筛为模板合成出一系列的微孔碳, 并用于CO2 吸附的研究.通过研究比表面和N掺杂等因素对CO2 吸附性能的影响, 发现碳吸附与比表面积存在线性关系(图4 所示).对于一个给定比表面积的材料, 掺N明显比不掺N的斜率高接近一倍.掺N碳材料的CO2 吸附量是不掺N材料的2.2倍.采用最优合成条件获得的N掺杂的微孔碳, 具有高比表面积(2559 m2 /g), CO2 吸附量高达4.0 mmol/g.该研究表明材料的表面化学性质和材料比表面积都会影响CO2 吸附性能. ...
... CO2 吸附量与氮掺杂和未氮掺杂的碳材料比表面积关系(1.013×105 Pa, 298 K), 氮含量在6wt%~7wt%[26 ] ...
... Relationships between the CO2 adsorption capacities (at 298 K and 1 .013×105 Pa) and the BET surface area of nitrogen- doped and undoped carbons. The N-doped carbons contain 6wt%-7wt% N[26 ] ...
Surface chemistry, pore sizes and adsorption properties of activated carbon fibers and precursors treated with ammonia.
1
2001
... 活性碳纤维具有稳定的化学性质, 耐腐蚀, 耐温度变化, 具有大量微孔和少量介孔结构.Economy等[27 ] 用NH3 活化方法制备了表面富含碱性胺基的活性碳纤维.微孔孔径随着活化温度和时间增加而增大.在高温氨处理下, 氨会分解成-NH2 、-NH、N和H, 这些自由基攻击碳表面形成含氮碱性基团, 可使CO2 吸附性能显著提高.Shen等[28 ] 采用聚丙烯腈预氧化及化学活化, 合成了分级多孔活性碳纤维.材料显示出高比表面积(2231 m2 /g)、大孔容(1.16 cm3 /g)和高氮含量(> 8.1wt%).这种纤维结构和强碱性位要比具有类似结构的纯碳材料有更快的吸附速率和更大的吸附容量.在相同条件下, 材料对CO2 的吸附量要比对N2 吸附量高3.3倍, 且最初的吸附速率是沸石13X的15倍. ...
Hierarchical porous polyacrylonitrile-based activated carbon fibers for CO2 capture.
1
2011
... 活性碳纤维具有稳定的化学性质, 耐腐蚀, 耐温度变化, 具有大量微孔和少量介孔结构.Economy等[27 ] 用NH3 活化方法制备了表面富含碱性胺基的活性碳纤维.微孔孔径随着活化温度和时间增加而增大.在高温氨处理下, 氨会分解成-NH2 、-NH、N和H, 这些自由基攻击碳表面形成含氮碱性基团, 可使CO2 吸附性能显著提高.Shen等[28 ] 采用聚丙烯腈预氧化及化学活化, 合成了分级多孔活性碳纤维.材料显示出高比表面积(2231 m2 /g)、大孔容(1.16 cm3 /g)和高氮含量(> 8.1wt%).这种纤维结构和强碱性位要比具有类似结构的纯碳材料有更快的吸附速率和更大的吸附容量.在相同条件下, 材料对CO2 的吸附量要比对N2 吸附量高3.3倍, 且最初的吸附速率是沸石13X的15倍. ...
Porous carbon nanosheets with precisely tunablethickness and selective CO2 adsorption properties.
1
2013
... 石墨烯具有丰富的开放性外表面及优异的机械强度, 但材料微孔量少且吸附势低, 束缚CO2 分子能力弱.Hao等[29 ] 借助氧化石墨烯的二维薄层特点, 将酚醛胺经过快速高效的原位缩聚反应并控制碳化过程, 得到一系列具有单层石墨烯结构导向的含N微孔片层整体式碳材料.小尺度的片层结构有助于CO2 扩散传质, 增强了与CO2 的亲附力.CO2 吸附性能显示, 在~1.013×105 Pa和25℃下, 吸附量为2.1~3.0 mmol/g.吸附性能测试表明, 材料结构单元缩小, 孔隙利用率提高, 可实现低浓度混合气下CO2 (<4vol%)的动态分离, 具有良好再生循环性能, 可应用于封闭空间内低浓度的CO2 的分离净化.Kim等[30 ] 在氧化石墨中用过硫酸铵引发吡咯聚合, 经肼还原后, 制得聚吡咯功能化的石墨烯, 再用KOH溶液活化聚吡咯/石墨烯复合物, 得到掺N多孔碳, 在25℃下, 对CO2 吸附量达到4.3 mmol/g, CO2 /N2 吸附的选择性为15.9. ...
Highly selective CO2 capture on N-doped carbon produced by chemicalactivation of polypyrrole functionalized graphene sheets.
1
2012
... 石墨烯具有丰富的开放性外表面及优异的机械强度, 但材料微孔量少且吸附势低, 束缚CO2 分子能力弱.Hao等[29 ] 借助氧化石墨烯的二维薄层特点, 将酚醛胺经过快速高效的原位缩聚反应并控制碳化过程, 得到一系列具有单层石墨烯结构导向的含N微孔片层整体式碳材料.小尺度的片层结构有助于CO2 扩散传质, 增强了与CO2 的亲附力.CO2 吸附性能显示, 在~1.013×105 Pa和25℃下, 吸附量为2.1~3.0 mmol/g.吸附性能测试表明, 材料结构单元缩小, 孔隙利用率提高, 可实现低浓度混合气下CO2 (<4vol%)的动态分离, 具有良好再生循环性能, 可应用于封闭空间内低浓度的CO2 的分离净化.Kim等[30 ] 在氧化石墨中用过硫酸铵引发吡咯聚合, 经肼还原后, 制得聚吡咯功能化的石墨烯, 再用KOH溶液活化聚吡咯/石墨烯复合物, 得到掺N多孔碳, 在25℃下, 对CO2 吸附量达到4.3 mmol/g, CO2 /N2 吸附的选择性为15.9. ...
A new kind CO2 /CH4 separation material: open ended nitrogen doped carbon nanotubes formed by direct pyrolysis of metal organicframeworks.
1
2010
... 金属-有机骨架材料(MOFs), 孔道规则且结构可设计, 具有高的比表面积和孔容量, 去除模板简单无污染, 因此可作为模板合成碳材料, 并被广泛应用于CO2 的吸附分离中, 表现出比沸石和部分活性碳更加优异的吸附性能.Bai等[31 ] 首次报道直接碳化金属有机骨架材料[CO (HTTG)(H2 O)2 ]n 2 /CH4 的选择性也逐渐增强. ...
Superior performance of copper based MOF and aminatedgraphite oxide composites as CO2 adsorbents at room temperature.
1
2013
... 最近, Zhao等[32 ] 合成了Cu-BTC MOF和尿素改性的氧化石墨复合材料, 在动态吸附条件下, 显示出很高的CO2 吸附量(4.23 mmol/g).将掺N后的氧化石墨嵌入MOF中, 改变了模板MOF的表面化学性质和微孔结构, 对CO2 分子吸附起到了协同作用.吸附位主要集中在小的微孔、开放的Cu活性位和笼型窗口处. ...
Nitrogen-doped mesoporouscarbon for carbon capture-a molecular simulation study.
1
2012
... 介孔碳材料的孔径集中在2~50 nm左右, 有利于CO2 分子的传递扩散, 可广泛应用于CO2 吸附.分子模拟实验证实掺N的介孔碳与不掺N介孔碳相比, 可显著增加CO2 吸附性能, 除了介孔的影响, 还可归因于CO2 分子与吡啶氮的化学作用[33 ] .Yu等[34 ] 采用环保的六次甲基四胺水解创造碱性条件, 催化三聚氰胺酚醛树脂合成高效的CO2 吸附剂.研究发现, 提高碳化温度, 碳材料N含量明显下降, 但孔容和比表面积不断增加, 同时CO2 吸附量在一定温度范围呈增加趋势(3.0~4.6 mmol/g).但三聚氰胺树脂高温分解较严重, 氮残率通常< 4wt%. ...
Simple fabrication of an ordered nitrogen-doped mesoporous carbon with resorcinol- melamine-formaldehyde resin.
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2014
... 介孔碳材料的孔径集中在2~50 nm左右, 有利于CO2 分子的传递扩散, 可广泛应用于CO2 吸附.分子模拟实验证实掺N的介孔碳与不掺N介孔碳相比, 可显著增加CO2 吸附性能, 除了介孔的影响, 还可归因于CO2 分子与吡啶氮的化学作用[33 ] .Yu等[34 ] 采用环保的六次甲基四胺水解创造碱性条件, 催化三聚氰胺酚醛树脂合成高效的CO2 吸附剂.研究发现, 提高碳化温度, 碳材料N含量明显下降, 但孔容和比表面积不断增加, 同时CO2 吸附量在一定温度范围呈增加趋势(3.0~4.6 mmol/g).但三聚氰胺树脂高温分解较严重, 氮残率通常< 4wt%. ...
Facile synthesis and application of a carbon foam with large mesopores.
3
2013
... Fu等[35 ] 采用软/硬双模板的方法, P123作为碳源和结构导向剂, 成功制备出介孔碳泡沫(如图5 所示).这种碳泡沫具有高的比表面积, 大的孔容, 孔径主要集中在10~30 nm左右.将聚乙烯亚胺(PEI)浸渍到碳泡沫的孔道内, 得到掺N介孔碳, 用于动态CO2 吸附.结果证实, 在实验开始10 min后, 即可达到吸附平衡, 吸附量高达4.5 mmol/g, 是目前报道胺浸渍介孔碳最高的碳材料. ...
... 介孔碳泡沫的合成示意图(a)和75℃下PEI浸渍介孔碳泡沫的CO2 吸附动力学曲线(b)[35 ] ...
... Schematic illustration of the synthesis method of mesoporous carbon foams(a) and CO2 adsorption kinetics of the PEI-impregnated mesoporous carbon sorbent at 75℃(b)[35 ] ...
Naturally inspired nitrogen doped porous carbon.
1
2009
... 近年来, 一些新颖的含氮碳源, 如虾壳素、壳聚糖、明胶、海藻、多巴胺等[36 -39 ] 也广泛用来合成掺N的介孔碳材料.相比传统合成步骤繁琐, 能耗高的掺N介孔碳制备, 生物质碳化环保可再生, 简便易控.但制备的掺N碳材料孔径分布较宽, 限制了其实际应用.与此同时, 介孔金属氧化物, 如介孔Al2 O3 等[40 ] 为硬模板合成掺N介孔碳, 在气体吸附和分离也具有广泛前景. ...
Novel nitrogen-containing mesoporous carbons prepared from chitosan.
0
2013
High-performance CO2 adsorbents from algae.
1
2012
... Different nitrogen doped carbon materials for CO
2 adsorption capacity
Samples Nitrogen source Nitrogen content/wt% Functionalities Surface area /(m2 ·g-1 ) CO2 capacity-1 ) N-doped microporous carbon [48 ] Imine-linked polymer 5.58-8.74 Pyridinic, quaternary 263-366 1.95 N-doped mesoporous carbon[49 ] Melamine resin -8.00 Pyridinic, pyrrolic, quaternary -750 1.80 KOH activated porous carbon[13 ] Polypyrrole -10.14 Pyridinic,quaternary 1700 3.10 Organic amine grafting carbon[50 ] Glucose NA Amide, tertiary amines, primary amines <10 4.10 Macro-micro hollow carbon spheres [51 ] Melamine 14.80 NA 767 2.67 Sustainable biomass [38 ] Glgae 1.1-4.7 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1300-2400 7.40 Template carbon [52 ] HNO3 6.73 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1979 4.30 N-doped activated carbon monoliths [11 ] Polyacrylonitrile 1.80 NA 2501 5.14
NA: not available ...
Recent progress on nitrogen·carbon structures designed for use in energy and sustainability applications.
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2014
... 近年来, 一些新颖的含氮碳源, 如虾壳素、壳聚糖、明胶、海藻、多巴胺等[36 -39 ] 也广泛用来合成掺N的介孔碳材料.相比传统合成步骤繁琐, 能耗高的掺N介孔碳制备, 生物质碳化环保可再生, 简便易控.但制备的掺N碳材料孔径分布较宽, 限制了其实际应用.与此同时, 介孔金属氧化物, 如介孔Al2 O3 等[40 ] 为硬模板合成掺N介孔碳, 在气体吸附和分离也具有广泛前景. ...
An ordered mesoporous aluminosilicateoxynitridetemplate to prepare N-incorporated ordered mesoporous carbon.
1
2007
... 近年来, 一些新颖的含氮碳源, 如虾壳素、壳聚糖、明胶、海藻、多巴胺等[36 -39 ] 也广泛用来合成掺N的介孔碳材料.相比传统合成步骤繁琐, 能耗高的掺N介孔碳制备, 生物质碳化环保可再生, 简便易控.但制备的掺N碳材料孔径分布较宽, 限制了其实际应用.与此同时, 介孔金属氧化物, 如介孔Al2 O3 等[40 ] 为硬模板合成掺N介孔碳, 在气体吸附和分离也具有广泛前景. ...
185-
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2012
... Yang等[41 ] 报道了一种新型制备N掺杂介孔碳材料的方法, 无需加入硬模板及高温碳化.在丙烯酸和非离子表面活性剂Brij72的存在下, 添加葡萄糖水热处理, 得到表面富含丙烯酸的碳材料, 随后嫁接有机胺, 制备出的掺N介孔碳对CO2 的吸附量为~3.2 mmol/g, CO2 /N2 的分离系数可达46.CO2 吸附性能可达171 mg/g. ...
Facile synthesis of porous carbon nitride spheres with hierarchical three-dimensional mesostructures for CO2 capture.
1
2010
... 以活性碳、分子筛或MOF合成的微孔结构的多孔碳, 尽管具有高CO2 吸附量等, 但是制备过程复杂, 孔径分布主要在微孔, 扩散阻力大.因此探索制备具有分级的微孔-介孔-大孔材料用于CO2 吸附显得尤为重要.李强等[42 ] 使用介孔硅泡沫球作为硬模板, 四氯化碳和乙二胺聚合作为碳氮源, 成功地制备了三维微孔-介孔-大孔碳球, 孔径集中在4.0和43 nm.材料主要以吡啶型氮存在, 增加了材料与CO2 分子作用力.在25和75℃下, 掺N的多孔碳材料的CO2 吸附量分别为2.9和0.97 mmol/g.结果证实, 由于毛细管冷凝作用, 大量微孔和小的介孔对CO2 的捕获起到决定性作用, 而三维分级介孔促进了CO2 在孔道的扩散, 有利于CO2 的捕获.Wilke等[43 ] 在三聚氰胺树脂引入SiO2 纳米粒子, 得到了具有分级海绵状的掺N整体碳材料.多孔碳材料孔隙高达61%, 比表面积为250 m2 /g, CO2 /N2 的选择性高达~23. ...
Hierarchical nanoporous melamine resin sponges with tunable porosity-porosity analysis and CO2 adsorption properties.
1
2011
... 以活性碳、分子筛或MOF合成的微孔结构的多孔碳, 尽管具有高CO2 吸附量等, 但是制备过程复杂, 孔径分布主要在微孔, 扩散阻力大.因此探索制备具有分级的微孔-介孔-大孔材料用于CO2 吸附显得尤为重要.李强等[42 ] 使用介孔硅泡沫球作为硬模板, 四氯化碳和乙二胺聚合作为碳氮源, 成功地制备了三维微孔-介孔-大孔碳球, 孔径集中在4.0和43 nm.材料主要以吡啶型氮存在, 增加了材料与CO2 分子作用力.在25和75℃下, 掺N的多孔碳材料的CO2 吸附量分别为2.9和0.97 mmol/g.结果证实, 由于毛细管冷凝作用, 大量微孔和小的介孔对CO2 的捕获起到决定性作用, 而三维分级介孔促进了CO2 在孔道的扩散, 有利于CO2 的捕获.Wilke等[43 ] 在三聚氰胺树脂引入SiO2 纳米粒子, 得到了具有分级海绵状的掺N整体碳材料.多孔碳材料孔隙高达61%, 比表面积为250 m2 /g, CO2 /N2 的选择性高达~23. ...
Deep eutectic solvents as both precursors and structure directing agents in thesynthesis of nitrogen doped hierarchical carbons highly suitable for CO2 .capture.
1
2011
... 上述大量碳材料, 特别是模板碳, 均为粉体材料.在实际吸附CO2 中易造成床层压力变大, 循环性能差.因此制备整体块状的掺N分级多孔碳成为研究重点.Gutierrez等[44 ] 用低温共溶熔剂(DESs)作为碳源和结构导向剂, 直接合成了掺N量为8wt%~ 12wt%的微孔-介孔整体大块碳材料.在室温和1.013×105 Pa下, 在800℃碳化后得到的样品CO2 吸附量为3.3 mmol/g.Hao等[45 ] 通过在水相中添加赖氨酸作为催化剂和氮源, 快速简便地合成整体介孔掺N碳材料.通过考察不同碳化温度, 证实500℃下碳化得到的碳材料具有高N含量且比表面最大, CO2 吸附量高达3.13 mmol/g.随后该课题组[46 ] 又通过添加小分子有机胺来引入含氮官能团, 制备的样品具有大孔和介孔相互连接的三维六方的孔道结构、较高的机械强度和高CO2 吸附性能(图6 所示).在1×105 Pa和0℃下, CO2 吸附量达3.3~4.6 mmol/g, 25℃时为2.6~3.3 mmol/g.室温下CO2 /N2 混合气体的选择性达13~28, 且再生性能良好, 但合成过程较复杂, 且对环境有一定危害. ...
Lysine-assisted rapid synthesis of crack-free hierarchical carbon monoliths with ahexagonal array of mesopores.
1
2011
... 上述大量碳材料, 特别是模板碳, 均为粉体材料.在实际吸附CO2 中易造成床层压力变大, 循环性能差.因此制备整体块状的掺N分级多孔碳成为研究重点.Gutierrez等[44 ] 用低温共溶熔剂(DESs)作为碳源和结构导向剂, 直接合成了掺N量为8wt%~ 12wt%的微孔-介孔整体大块碳材料.在室温和1.013×105 Pa下, 在800℃碳化后得到的样品CO2 吸附量为3.3 mmol/g.Hao等[45 ] 通过在水相中添加赖氨酸作为催化剂和氮源, 快速简便地合成整体介孔掺N碳材料.通过考察不同碳化温度, 证实500℃下碳化得到的碳材料具有高N含量且比表面最大, CO2 吸附量高达3.13 mmol/g.随后该课题组[46 ] 又通过添加小分子有机胺来引入含氮官能团, 制备的样品具有大孔和介孔相互连接的三维六方的孔道结构、较高的机械强度和高CO2 吸附性能(图6 所示).在1×105 Pa和0℃下, CO2 吸附量达3.3~4.6 mmol/g, 25℃时为2.6~3.3 mmol/g.室温下CO2 /N2 混合气体的选择性达13~28, 且再生性能良好, 但合成过程较复杂, 且对环境有一定危害. ...
Structurally designed synthesis of mechanically stable poly(benzoxazine-co-resol)-based porous carbon monoliths and their application as high-performance CO2 capture sorbents.
3
2011
... 上述大量碳材料, 特别是模板碳, 均为粉体材料.在实际吸附CO2 中易造成床层压力变大, 循环性能差.因此制备整体块状的掺N分级多孔碳成为研究重点.Gutierrez等[44 ] 用低温共溶熔剂(DESs)作为碳源和结构导向剂, 直接合成了掺N量为8wt%~ 12wt%的微孔-介孔整体大块碳材料.在室温和1.013×105 Pa下, 在800℃碳化后得到的样品CO2 吸附量为3.3 mmol/g.Hao等[45 ] 通过在水相中添加赖氨酸作为催化剂和氮源, 快速简便地合成整体介孔掺N碳材料.通过考察不同碳化温度, 证实500℃下碳化得到的碳材料具有高N含量且比表面最大, CO2 吸附量高达3.13 mmol/g.随后该课题组[46 ] 又通过添加小分子有机胺来引入含氮官能团, 制备的样品具有大孔和介孔相互连接的三维六方的孔道结构、较高的机械强度和高CO2 吸附性能(图6 所示).在1×105 Pa和0℃下, CO2 吸附量达3.3~4.6 mmol/g, 25℃时为2.6~3.3 mmol/g.室温下CO2 /N2 混合气体的选择性达13~28, 且再生性能良好, 但合成过程较复杂, 且对环境有一定危害. ...
... 分级整块碳材料的SEM照片、N2 吸附-脱附曲线和孔径分布图(a~d)和(e)光学照片[46 ] ...
... SEM images of hierarchical porous carbon and N2 adsorption-desorption and PSD (a-d) and optical images (e)[46 ] ...
Nitrogen-enriched and hierarchically porous carbon macro-spheres-ideal for large-scale CO2 Capture.
1
2014
... 最近, Zhu等[47 ] 采用丙烯腈和丙烯酰胺共聚合成了一种毫米尺度的放射状碳球, 该材料具有微孔-介孔-大孔结构和高吡啶氮含量, 不仅显示高的CO2 吸附性能, 同时满足燃烧后动态CO2 捕获的工业需求.这些整体大块的碳材料合成简便, 制备过程经济适用, 吸附效果明显强于液相胺吸附和其他固体粉末吸附, 是以后大规模生产固体吸附剂的研究热点.表1 总结了一些近年来报道不同掺氮碳材料的CO2 吸附量. ...
Imine-linked polymer-derived nitrogen-doped microporous carbons with excellent CO2 capture properties.
1
2013
... Different nitrogen doped carbon materials for CO
2 adsorption capacity
Samples Nitrogen source Nitrogen content/wt% Functionalities Surface area /(m2 ·g-1 ) CO2 capacity-1 ) N-doped microporous carbon [48 ] Imine-linked polymer 5.58-8.74 Pyridinic, quaternary 263-366 1.95 N-doped mesoporous carbon[49 ] Melamine resin -8.00 Pyridinic, pyrrolic, quaternary -750 1.80 KOH activated porous carbon[13 ] Polypyrrole -10.14 Pyridinic,quaternary 1700 3.10 Organic amine grafting carbon[50 ] Glucose NA Amide, tertiary amines, primary amines <10 4.10 Macro-micro hollow carbon spheres [51 ] Melamine 14.80 NA 767 2.67 Sustainable biomass [38 ] Glgae 1.1-4.7 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1300-2400 7.40 Template carbon [52 ] HNO3 6.73 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1979 4.30 N-doped activated carbon monoliths [11 ] Polyacrylonitrile 1.80 NA 2501 5.14
NA: not available ...
Nitrogen doping effects on the physical and chemical properties of mesoporous carbon.
1
2013
... Different nitrogen doped carbon materials for CO
2 adsorption capacity
Samples Nitrogen source Nitrogen content/wt% Functionalities Surface area /(m2 ·g-1 ) CO2 capacity-1 ) N-doped microporous carbon [48 ] Imine-linked polymer 5.58-8.74 Pyridinic, quaternary 263-366 1.95 N-doped mesoporous carbon[49 ] Melamine resin -8.00 Pyridinic, pyrrolic, quaternary -750 1.80 KOH activated porous carbon[13 ] Polypyrrole -10.14 Pyridinic,quaternary 1700 3.10 Organic amine grafting carbon[50 ] Glucose NA Amide, tertiary amines, primary amines <10 4.10 Macro-micro hollow carbon spheres [51 ] Melamine 14.80 NA 767 2.67 Sustainable biomass [38 ] Glgae 1.1-4.7 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1300-2400 7.40 Template carbon [52 ] HNO3 6.73 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1979 4.30 N-doped activated carbon monoliths [11 ] Polyacrylonitrile 1.80 NA 2501 5.14
NA: not available ...
Nitrogen-doped hydrothermal carbons.
1
2012
... Different nitrogen doped carbon materials for CO
2 adsorption capacity
Samples Nitrogen source Nitrogen content/wt% Functionalities Surface area /(m2 ·g-1 ) CO2 capacity-1 ) N-doped microporous carbon [48 ] Imine-linked polymer 5.58-8.74 Pyridinic, quaternary 263-366 1.95 N-doped mesoporous carbon[49 ] Melamine resin -8.00 Pyridinic, pyrrolic, quaternary -750 1.80 KOH activated porous carbon[13 ] Polypyrrole -10.14 Pyridinic,quaternary 1700 3.10 Organic amine grafting carbon[50 ] Glucose NA Amide, tertiary amines, primary amines <10 4.10 Macro-micro hollow carbon spheres [51 ] Melamine 14.80 NA 767 2.67 Sustainable biomass [38 ] Glgae 1.1-4.7 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1300-2400 7.40 Template carbon [52 ] HNO3 6.73 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1979 4.30 N-doped activated carbon monoliths [11 ] Polyacrylonitrile 1.80 NA 2501 5.14
NA: not available ...
Synthesis of nitrogen-doped hollow carbon nanospheres for CO2 capture.
1
2014
... Different nitrogen doped carbon materials for CO
2 adsorption capacity
Samples Nitrogen source Nitrogen content/wt% Functionalities Surface area /(m2 ·g-1 ) CO2 capacity-1 ) N-doped microporous carbon [48 ] Imine-linked polymer 5.58-8.74 Pyridinic, quaternary 263-366 1.95 N-doped mesoporous carbon[49 ] Melamine resin -8.00 Pyridinic, pyrrolic, quaternary -750 1.80 KOH activated porous carbon[13 ] Polypyrrole -10.14 Pyridinic,quaternary 1700 3.10 Organic amine grafting carbon[50 ] Glucose NA Amide, tertiary amines, primary amines <10 4.10 Macro-micro hollow carbon spheres [51 ] Melamine 14.80 NA 767 2.67 Sustainable biomass [38 ] Glgae 1.1-4.7 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1300-2400 7.40 Template carbon [52 ] HNO3 6.73 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1979 4.30 N-doped activated carbon monoliths [11 ] Polyacrylonitrile 1.80 NA 2501 5.14
NA: not available ...
Bifunctional HNO3 catalytic synthesis of N-doped porous carbons for CO2 capture.
1
2013
... Different nitrogen doped carbon materials for CO
2 adsorption capacity
Samples Nitrogen source Nitrogen content/wt% Functionalities Surface area /(m2 ·g-1 ) CO2 capacity-1 ) N-doped microporous carbon [48 ] Imine-linked polymer 5.58-8.74 Pyridinic, quaternary 263-366 1.95 N-doped mesoporous carbon[49 ] Melamine resin -8.00 Pyridinic, pyrrolic, quaternary -750 1.80 KOH activated porous carbon[13 ] Polypyrrole -10.14 Pyridinic,quaternary 1700 3.10 Organic amine grafting carbon[50 ] Glucose NA Amide, tertiary amines, primary amines <10 4.10 Macro-micro hollow carbon spheres [51 ] Melamine 14.80 NA 767 2.67 Sustainable biomass [38 ] Glgae 1.1-4.7 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1300-2400 7.40 Template carbon [52 ] HNO3 6.73 Pyridinic, pyrrolic, quaternary 1979 4.30 N-doped activated carbon monoliths [11 ] Polyacrylonitrile 1.80 NA 2501 5.14
NA: not available ...
