氨基功能化气相二氧化硅材料的制备及其吸附二氧化碳性能研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0214

无机盐工业 ›› 2024, Vol. 56 ›› Issue (2): 38-43.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0214

氨基功能化气相二氧化硅材料的制备及其吸附二氧化碳性能研究

李阳¹(), 娄飞健², 隋鑫³, 李克艳¹(), 刘飞³(), 郭新闻¹()

^1.大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室智能材料化工前沿科学中心, 辽宁大连 116024
^2.河南师范大学化学化工学院, 河南新乡 453000
^3.武汉船用电力推进装置研究所, 湖北武汉 430064

收稿日期:2023-04-14 出版日期:2024-02-10 发布日期:2024-02-06
通讯作者: 李克艳（1979— ），女，博士，副教授，研究方向为光催化、高级氧化技术；E-mail：keyanli@dlut.edu.cn。
刘飞（1984— ），男，博士，高级工程师，研究方向为动力电池；E-mail：liuf_712@126.com。
郭新闻（1967— ），男，博士，教授，研究方向为分子筛催化、二氧化碳催化转化；E-mail：guoxw@dlut.edu.cn。
作者简介:李阳（1997— ），男，硕士研究生，研究方向为氨基功能化固体吸附材料；E-mail：775128132@qq.com。
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(DUT22LAB602)

Preparation of amine-functionalized fumed SiO₂ materials and their performance for CO₂ adsorption

LI Yang¹(), LOU Feijian², SUI Xin³, LI Keyan¹(), LIU Fei³(), GUO Xinwen¹()

^1.State Key Laboratory of Fine Chemicals，Frontier Science Center for Smart Materials，School of Chemical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China
^2.School of Chemistry and Chemical Engineering，Henan;Normal University，Xinxiang 453000，China
^3.Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion，Wuhan 430064，China

Received:2023-04-14 Published:2024-02-10 Online:2024-02-06

摘要/Abstract

摘要：

采用等体积浸渍法制备了一系列不同聚乙烯亚胺（PEI）负载量的气相SiO₂作为CO₂吸附剂。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析仪（TGA）、红外光谱仪（FT-IR）和氮气物理吸附仪对吸附剂的组成结构、PEI实际负载量及热稳定性进行了表征。研究了PEI相对分子质量及负载量、环境温度对吸附剂吸附CO₂性能的影响，发现当PEI的相对分子质量为600、负载量为50%（质量分数）、温度为100 ℃时，50%-PEI（600）-SiO₂吸附剂对CO₂的吸附性能最优，吸附量可以达到130.6 mg/g，且在5次循环后性能损失仅为4.8%，表现出了优异的循环性能。同时，该吸附剂成本低廉，在锂电池热失控烟气中CO₂吸附方面具有较好的应用前景。

关键词: 氨基功能化材料, 二氧化硅材料, 固体吸附剂, 二氧化碳吸附

Abstract:

A series of fumed silica materials with different polyethyleneimine（PEI） loadings as CO₂ adsorbents were prepared by using the equal-volume impregnation method.The composition，structure，actual loading amount of PEI，and thermal stability of the adsorbents were characterized by X-ray diffraction（XRD），scanning electron microscopy（SEM），thermogravimetric analysis（TGA），Fourier-transform infrared spectroscopy（FT-IR），and nitrogen physical adsorption measurements.The effects of PEI relative molecular weight，loading amount，and environmental temperature on the CO₂ adsorption performance of the adsorbents were investigated.It was found that the 50%-PEI（600）-SiO₂ adsorbent exhibited the best CO₂ adsorption performance at 100 ℃，with a maximum adsorption capacity of 130.6 mg/g when the relative molecular weight of PEI was 600 and the loading amount was 50%（mass fraction）.Furthermore，the adsorbent showed excellent cyclic performance，with only 4.8% performance loss after 5 cycles.The adsorbent was cost-effective and held great potential for application in CO₂ capture from thermal runaway flue gases of lithium-ion batteries.

Key words: amine-functionalized material, silica material, solid adsorbent, CO₂ adsorption

中图分类号:

O647.32

李阳, 娄飞健, 隋鑫, 李克艳, 刘飞, 郭新闻. 氨基功能化气相二氧化硅材料的制备及其吸附二氧化碳性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 38-43.

LI Yang, LOU Feijian, SUI Xin, LI Keyan, LIU Fei, GUO Xinwen. Preparation of amine-functionalized fumed SiO₂ materials and their performance for CO₂ adsorption[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(2): 38-43.

图/表 11

图1

图2

表1

图3

表2

图4

图5

图6

图7

图8

图9

参考文献 15

1	范庆科，孟庆华，罗凤钰.汽车锂电池正极材料的制备与性能研究［J］.无机盐工业，2021，53（1）：44-49.
	FAN Qingke， MENG Qinghua， LUO Fengyu.Study on preparation and properties of cathode materials for vehicle lithium battery［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（1）：44-49.
2	况新亮，刘垂祥，熊朋.锂离子电池产业分析及市场展望［J］.无机盐工业，2022，54（8）：12-19，32.
	KUANG Xinliang， LIU Chuixiang， XIONG Peng.Industry analysis and market prospect of lithium ion battery［J］.Inorganic Chemicals Industry，2022，54（8）：12-19，32.
3	张青松，包防卫，牛江昊.环境压力对锂电池热失控产气及爆炸风险的影响［J］.储能科学与技术，2023，12（7）：2263-2270.
	ZHANG Qingsong， BAO Fangwei， NIU Jianghao.Risk analysis method of thermal runaway gas explosion in lithium-ion batteries［J］.Energy Storage Science and Technology，2023，12（7）：2263-2270.
4	胡棋威，乔昕，刘飞，等.船用锂电池热失控危害与防控对策研究［J］.船电技术，2022，42（6）：28-31.
	HU Qiwei， QIAO Xin， LIU Fei，et al.Study on thermal runaway hazard and prevention countermeasures of marine lithium batteri-es［J］.Marine Electric & Electronic Engineering，2022，42（6）：28-31.
5	段成，杨川箬，金君素，等.负载固体胺的多孔聚酯对CO₂的吸附［J］.中国电机工程学报，2021，41（18）：6292-6302.
	DUAN Cheng， YANG Chuanruo， JIN Junsu，et al.CO₂ adsorption by porous polyester with soild amine［J］.Proceedings of the CSEE，2021，41（18）：6292-6302.
6	郭伟，石涵，袁标.无机固体吸附剂在二氧化碳捕集应用中的研究进展［J］.无机盐工业，2021，53（12）：29-34，42.
	GUO Wei， SHI Han， YUAN Biao.Research progress of inorganic solid adsorbents in carbon dioxide capture［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（12）：29-34，42.
7	SON W J， CHOI J S， AHN W S.Adsorptive removal of carbon dioxide using polyethyleneimine-loaded mesoporous silica materi als［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2008，113（1/2/3）：31-40.
8	KISHOR R， GHOSHAL A K.High molecular weight polyethyleneimine functionalized three dimensional mesoporous silica for regenerable CO₂ separation［J］.Chemical Engineering Journal，2016，300：236-244.
9	赵培玉.胺功能化吸附剂的制备及其对二氧化碳吸附性能研究［D］.太原：太原理工大学，2020.
	ZHAO Peiyu.Study on preparation of amine-functionalized adsorbents and its CO₂ adsorption properties［D］.Taiyuan：Taiyuan University of Technology，2020.
10	吴春蕾，段先健，王跃林.气相二氧化硅标准发展及解析［J］.有机硅材料，2020，34（1）：74-78.
	WU Chunlei， DUAN Xianjian， WANG Yuelin.Development and analysis of standardization of fumed silicaand its interpretation［J］.Silicone Material，2020，34（1）：74-78.
11	修昊，段先健，张婷婷，等.气相二氧化硅物理吸附水测定及与表面硅羟基含量之间关系［J］.高分子材料科学与工程，2021，37（1）：102-108，149.
	XIU Hao， DUAN Xianjian， ZHANG Tingting，et al.Determination of physical adsorption water of fumed silica and its relationship with surface silanol concentration［J］.Polymer Materials Science & Engineering，2021，37（1）：102-108，149.
12	KISHOR R， GHOSHAL A K.Polyethylenimine functionalized As-synthesized KIT-6 adsorbent for highly CO₂/N₂ selective separation［J］.Energy & Fuels，2016，30（11）：9635-9644.
13	TANTHANA J， CHUANG S S C. In situ infrared study of the role of PEG in stabilizing silica-supported amines for CO₂ capture［J］.ChemSusChem，2010，3（8）：957-964.
14	ZHAI Yuxin， CHUANG S S C.The nature of adsorbed carbon dioxide on immobilized amines during carbon dioxide capture from air and simulated flue gas［J］.Energy Technology，2017，5（3）：510-519.
15	韩静香，佘利娟，翟立新，等.化学沉淀法制备纳米二氧化硅［J］.硅酸盐通报，2010，29（3）：681-685.
	HAN Jingxiang， SHE Lijuan， ZHAI Lixin，et al.Preparation of nanometer SiO₂ by chemical precipitation［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2010，29（3）：681-685.

PEI相对分子质量	PEI质量分数/%	CO₂吸附量/（mg·g^-1）
PEI相对分子质量	PEI质量分数/%	50 ℃	100 ℃
600 1 800	30	75.6	70.5
600 1 800	30	60.1	50.6
600 1 800	40	82.7	91.7
600 1 800	40	86.7	95.9
600 1 800	50	92.3	111.7 42.8
600 1 800	50	10.1	111.7 42.8
600 1 800	60	18.4	53.3
600 1 800	60	5.3	6.1

[1]	石涵,袁标,沈鹏. 新型无机固体吸附剂在天然气脱水领域研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 11-18.
[2]	赵闯,郭春垒,李犇,李滨. 多孔材料对柴油脱色及脱碱性氮性能的对比研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(11): 129-132.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会

氨基功能化气相二氧化硅材料的制备及其吸附二氧化碳性能研究

Preparation of amine-functionalized fumed SiO₂ materials and their performance for CO₂ adsorption

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 11

参考文献 15

相关文章 2

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

首 页

氨基功能化气相二氧化硅材料的制备及其吸附二氧化碳性能研究

Preparation of amine-functionalized fumed SiO2 materials and their performance for CO2 adsorption

RichHTML

PDF (PC)

可视化

引用本文

使用本文

首页

Preparation of amine-functionalized fumed SiO₂ materials and their performance for CO₂ adsorption