凹土模板n掺杂介孔碳的制备及脱除co2工艺设计
随着经济的快速发展，引起温室效应的主要气体——CO2已经对环境造成很大的危害，研究高效CO2吸附剂并且进一步利用CO2具有十分重要的意义。本课题以凹土为原料，三聚氰胺为N源制备N掺杂介孔碳，研究其对CO2吸附性能，并对其进行各种表征。研究了不同温度制备、不同用量的N源对N掺杂介孔碳形成、结构性能及CO2吸附性能的影响。结果表明改变N的含量均可制备出N掺杂介孔碳，N元素的引入使得其具有十分优良的CO2吸附性能，吸附能力远高于模板凹土。当N含量为0.36g时制备得到的N掺杂介孔碳，在1.0Mpa压力下，最大的吸附量为2.88mmol/g，显示出良好的吸附性能。关键词 介孔碳，N掺杂，二氧化碳，吸附脱附
目 录
1 引言 3
1.1 CO2的来源及危害 4
1.2 CO2减排技术 7
1.3 CO2吸附技术研究进展 8
1.4 固体吸附剂在吸附CO2研究进展 10
2 实验原料和方法 13
2.1 实验主要试剂 13
2.2 实验主要设备 13
2.3 实验步骤 14
2.3.1 介孔碳的制备方法 14
2.3.2 N掺杂多孔碳材料 14
2.3.3 N掺杂多孔碳的吸附性 16
3 表征与分析 17
4 CO2吸附性能的研究 22
5 脱除CO2工艺设计 23
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 引言
随着经济的快速发展，因为CO2的排放量逐年增加，温室效应已经成为了全球性的环境问题，并且引起了世界各个国家的高度重视。CO2是造成温室效应的主要气体之一，其中，燃煤所产生的CO2成为了最主要的来源。全球每年因燃烧化石能源所排放的CO2总量大约占据温室气体总排出量的82％，其值甚至高达200亿吨左右，而另一方面，CO2作为重要的原料，在化工、食品等行业中都具有广泛的用途[1]。因此，CO2的减排技术已然成为了各国关注以及研究的焦点。
温室效应通常又被称作花房效应，主要是因为现代化工业社会过多的燃烧煤炭、石油和天然气，并且私家车越 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
来越多，排放的尾气也越来越多，因CO2气体具有吸热和隔热的特点，以致这些燃料燃烧后放出的大量CO2进入大气层后无法排出，因此CO2便会在大气中形成一种无形的玻璃罩，困住太阳辐射到地球上的热量导致它无法向外层空间进行排除，最终结果便会使地球表面不断地变热，所以，CO2通常也被称作温室气体。CO2就好似一张保温的塑料棚把地球包裹成一个巨大的温室。CO2可以调节地球温度，地球的温度会随着CO2含量的提高而升高，最终便会影响到我们地球上生物的生活环境。倘若CO2的量提升1倍，那么地球温度将会提高35倍，而南、北极地区则会增加10倍左右，而因此导致的结果便是气温显著地升高，温度的升高又会导致部分地区降雨增加而部分地区干旱，除此之外，更有飓风力增大等自然灾害。而更令人担忧的是，南北极地区的冰川会因为气温的急剧升高而融化，海平面因此升高，许许多多的海边城镇和住房将会面临海平面上升带来的巨大威胁。近几年来，人类向周围自然环境排放的CO2显著变多，温室效应也逐渐变的越来越严重，除此之外，还引发了一系列全球性问题比如气候变暖等，因此CO2的排放已经引起了全世界各国的关注。
使得地球的气候因CO2等温室气体的排放量逐年增加正在发生着重大的变化，那便是全球变暖，温室效应带来的问题远不止于此，地球上生物的活动、代谢等问题的影响也变得越来越严重，中国的气候变化趋势跟全球的变化趋势大相径庭。近几年来，中国的平均气温上升了0.50.6℃，最明显的影响便是在西北、北部以及东北地区的冬季。据推测，全球与全中国气温将在未来的五十到一百年里，紧接着朝更高的方向变化。我们赖以生存的家园以及未来的发展已经因气温的不断升高而带来了显著的影响。研究表明，近五十年来的气温升高主要是由于排放出很多的CO2，而这其中最多的来源便是燃烧化石燃料，然而，在所有化石燃料中，煤炭在世界能源结构中，占有十分重要的地位，它的含量最为丰富，价格也较低廉，分布较广。由此可知，在使用煤炭的过程中控制温室气体的排放，对经济发展及环境保护具有极其重要的意义。
1.1 CO2的来源及危害
CO2在自然界中的含量十分高，总量约为2.80×1015kg，体积比大约占据其0.03到0.04。一些天然气或者油气中也存在着一些CO2。由生物代谢而产生CO2的含碳物质有：（1）所有动物吸入氧气后经呼吸道释放出来的CO2；（2）所有的绿色植物在没有阳光照射的条件下进行呼吸作用释放出的CO2；（3）肥料或腐植酸通过发酵、熟化后放出的大量的CO2；（4）通常有机物经过腐烂、变质、发酵、以及分解的时候都会有CO2的排放；（5）煤炭等化石燃料燃烧的时候，都会伴随CO2的释放；（6）交通工业等都会有CO2的排放。虽然环境中的CO2来源非常广泛，但是却无法得到有效的循环，其最重要的原因便是排放出的CO2越来越多但很少可以得到循环利用，从而进一步导致了温室效应的加剧，就这样，我们大自然的生态平衡便被CO2悄无声息地破坏了。
而CO2作为被认定为是导致全球温度升高和气候变化最主要的温室气体，其对环境的影响是不容小觑的。因为地球表面的温度将会因CO2的优良保温性能而逐渐升高。在过去的一百年里，全球气温上升了约0.6至0.8℃，这一趋势估计要持续到二十一世纪中叶，届时，全球气温预计将会上升1.5℃至4.5℃。如果任其发展不管不顾的话，由温室效应引起的环境问题这种情况将会变得越来越糟糕，例如，南极和北极的冰块融化消失将会使海平面上升，由此带来的影响不仅会给人类生活带来灾难，而且对野生物而言同样是致命的。近几年来，温室效应已经渐渐成为了全球性的环境问题，CO2作为温室效应的最大来源，全球气候和生态平衡因其在空气中的含量逐日俱增而不断地发生并加剧恶化。中国是世界上排放量仅次于美国的第二大国，若不采取相关有效的控制手段，预计在未来二十年内，我国将成为超越美国的第一位CO2排放国[1]。因此，采取有效的方法来抑制CO2含量的增长，控制人口数量的增长，尽量减少化石燃料的使用等已经迫在眉睫，同时，为了抑制温室效应给我们这个美好的星球带来越来越多的灾难，我们也应当尽可能多的植树造林来绿化我们的生存家园。所以CO2的减排技术俨然成为一项迫在眉睫的环保任务。
1.2 CO2的减排技术
CO2作为导致温室效应的主要气体其来源十分广泛，主要有汽车排放的尾气、动物有氧呼吸排放出来的CO2以及有烟道气等等，然而，其中最主要的来源还是在于我们人类活动排放出的CO2，据调查，人类活动排放的CO2约占总排放量的70%多，迄今为止，尽管人们还不能研究开发得到有效的解决办法，但是至少也能想出一些实用的方法竭尽所能地去抑制CO2排放量的增涨，坚决不可以放任其不断增长，否则后果将不堪设想。所以，对于我们人类而言，就是要积极地采取有效的措施来控制CO2的增长[1]。近几年来，人类的CO2减排意识正在日渐提高，这是一个非常值得欣慰的事情，与此同时，人们也采取了很多积极有效的办法，例如：
目 录
1 引言 3
1.1 CO2的来源及危害 4
1.2 CO2减排技术 7
1.3 CO2吸附技术研究进展 8
1.4 固体吸附剂在吸附CO2研究进展 10
2 实验原料和方法 13
2.1 实验主要试剂 13
2.2 实验主要设备 13
2.3 实验步骤 14
2.3.1 介孔碳的制备方法 14
2.3.2 N掺杂多孔碳材料 14
2.3.3 N掺杂多孔碳的吸附性 16
3 表征与分析 17
4 CO2吸附性能的研究 22
5 脱除CO2工艺设计 23
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 引言
随着经济的快速发展，因为CO2的排放量逐年增加，温室效应已经成为了全球性的环境问题，并且引起了世界各个国家的高度重视。CO2是造成温室效应的主要气体之一，其中，燃煤所产生的CO2成为了最主要的来源。全球每年因燃烧化石能源所排放的CO2总量大约占据温室气体总排出量的82％，其值甚至高达200亿吨左右，而另一方面，CO2作为重要的原料，在化工、食品等行业中都具有广泛的用途[1]。因此，CO2的减排技术已然成为了各国关注以及研究的焦点。
温室效应通常又被称作花房效应，主要是因为现代化工业社会过多的燃烧煤炭、石油和天然气，并且私家车越 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
来越多，排放的尾气也越来越多，因CO2气体具有吸热和隔热的特点，以致这些燃料燃烧后放出的大量CO2进入大气层后无法排出，因此CO2便会在大气中形成一种无形的玻璃罩，困住太阳辐射到地球上的热量导致它无法向外层空间进行排除，最终结果便会使地球表面不断地变热，所以，CO2通常也被称作温室气体。CO2就好似一张保温的塑料棚把地球包裹成一个巨大的温室。CO2可以调节地球温度，地球的温度会随着CO2含量的提高而升高，最终便会影响到我们地球上生物的生活环境。倘若CO2的量提升1倍，那么地球温度将会提高35倍，而南、北极地区则会增加10倍左右，而因此导致的结果便是气温显著地升高，温度的升高又会导致部分地区降雨增加而部分地区干旱，除此之外，更有飓风力增大等自然灾害。而更令人担忧的是，南北极地区的冰川会因为气温的急剧升高而融化，海平面因此升高，许许多多的海边城镇和住房将会面临海平面上升带来的巨大威胁。近几年来，人类向周围自然环境排放的CO2显著变多，温室效应也逐渐变的越来越严重，除此之外，还引发了一系列全球性问题比如气候变暖等，因此CO2的排放已经引起了全世界各国的关注。
使得地球的气候因CO2等温室气体的排放量逐年增加正在发生着重大的变化，那便是全球变暖，温室效应带来的问题远不止于此，地球上生物的活动、代谢等问题的影响也变得越来越严重，中国的气候变化趋势跟全球的变化趋势大相径庭。近几年来，中国的平均气温上升了0.50.6℃，最明显的影响便是在西北、北部以及东北地区的冬季。据推测，全球与全中国气温将在未来的五十到一百年里，紧接着朝更高的方向变化。我们赖以生存的家园以及未来的发展已经因气温的不断升高而带来了显著的影响。研究表明，近五十年来的气温升高主要是由于排放出很多的CO2，而这其中最多的来源便是燃烧化石燃料，然而，在所有化石燃料中，煤炭在世界能源结构中，占有十分重要的地位，它的含量最为丰富，价格也较低廉，分布较广。由此可知，在使用煤炭的过程中控制温室气体的排放，对经济发展及环境保护具有极其重要的意义。
1.1 CO2的来源及危害
CO2在自然界中的含量十分高，总量约为2.80×1015kg，体积比大约占据其0.03到0.04。一些天然气或者油气中也存在着一些CO2。由生物代谢而产生CO2的含碳物质有：（1）所有动物吸入氧气后经呼吸道释放出来的CO2；（2）所有的绿色植物在没有阳光照射的条件下进行呼吸作用释放出的CO2；（3）肥料或腐植酸通过发酵、熟化后放出的大量的CO2；（4）通常有机物经过腐烂、变质、发酵、以及分解的时候都会有CO2的排放；（5）煤炭等化石燃料燃烧的时候，都会伴随CO2的释放；（6）交通工业等都会有CO2的排放。虽然环境中的CO2来源非常广泛，但是却无法得到有效的循环，其最重要的原因便是排放出的CO2越来越多但很少可以得到循环利用，从而进一步导致了温室效应的加剧，就这样，我们大自然的生态平衡便被CO2悄无声息地破坏了。
而CO2作为被认定为是导致全球温度升高和气候变化最主要的温室气体，其对环境的影响是不容小觑的。因为地球表面的温度将会因CO2的优良保温性能而逐渐升高。在过去的一百年里，全球气温上升了约0.6至0.8℃，这一趋势估计要持续到二十一世纪中叶，届时，全球气温预计将会上升1.5℃至4.5℃。如果任其发展不管不顾的话，由温室效应引起的环境问题这种情况将会变得越来越糟糕，例如，南极和北极的冰块融化消失将会使海平面上升，由此带来的影响不仅会给人类生活带来灾难，而且对野生物而言同样是致命的。近几年来，温室效应已经渐渐成为了全球性的环境问题，CO2作为温室效应的最大来源，全球气候和生态平衡因其在空气中的含量逐日俱增而不断地发生并加剧恶化。中国是世界上排放量仅次于美国的第二大国，若不采取相关有效的控制手段，预计在未来二十年内，我国将成为超越美国的第一位CO2排放国[1]。因此，采取有效的方法来抑制CO2含量的增长，控制人口数量的增长，尽量减少化石燃料的使用等已经迫在眉睫，同时，为了抑制温室效应给我们这个美好的星球带来越来越多的灾难，我们也应当尽可能多的植树造林来绿化我们的生存家园。所以CO2的减排技术俨然成为一项迫在眉睫的环保任务。
1.2 CO2的减排技术
CO2作为导致温室效应的主要气体其来源十分广泛，主要有汽车排放的尾气、动物有氧呼吸排放出来的CO2以及有烟道气等等，然而，其中最主要的来源还是在于我们人类活动排放出的CO2，据调查，人类活动排放的CO2约占总排放量的70%多，迄今为止，尽管人们还不能研究开发得到有效的解决办法，但是至少也能想出一些实用的方法竭尽所能地去抑制CO2排放量的增涨，坚决不可以放任其不断增长，否则后果将不堪设想。所以，对于我们人类而言，就是要积极地采取有效的措施来控制CO2的增长[1]。近几年来，人类的CO2减排意识正在日渐提高，这是一个非常值得欣慰的事情，与此同时，人们也采取了很多积极有效的办法，例如：
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