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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 劉雅瑄(Sofia Ya-Hsuan Liou) | |
dc.contributor.author | Ren-Wei Chang | en |
dc.contributor.author | 張仁偉 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2023-03-19T22:12:42Z | - |
dc.date.copyright | 2022-09-30 | |
dc.date.issued | 2022 | |
dc.date.submitted | 2022-09-24 | |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/84473 | - |
dc.description.abstract | 本研究探討中孔碳材、固體胺材、鹽批覆負載型鎂基材與負載型鈣基材四種捕捉劑之製備與二氧化碳捕獲能力評估。 中孔碳材捕捉劑製備方式為採軟模板法合成具中孔結構碳材,再分別以不同處理程序調控碳材表面含氧官能基形式,探討不同含氧官能基形式對捕獲表現影響。表面以可釋出氫離子的含氧官能基為主的捕捉劑0 °C、10 °C、20 °C及常壓環境下捕獲量分別為2.49 mmole/g、2.09 mmole/g、1.71 mmole/g,而表面以不可釋出氫離子的含氧官能基為主的捕捉劑0 °C、10 °C、20 °C及常壓環境下捕獲量分別為2.60 mmole/g、2.25 mmole/g、1.90 mmole/g。以理想溶液理論模擬氮氣/二氧化碳或甲烷/二氧化碳之二元混合氣體中分離二氧化碳效率之結果顯示,表面以可釋出氫離子的含氧官能基為主的捕捉劑較適合在低於室溫環境下工作,而表面以不可釋出氫離子的含氧官能基為主的捕捉劑較適合在接近室溫環境下工作。 固體胺材捕捉劑製備方式為以軟模板法合成具中孔結構的碳材為載體,先以高溫氨氣處理表面,再將四乙烯戊胺引入至載體中。增加高溫氨氣處理步驟有助於提升胺基分子在載體中的負載量與分散程度,捕獲量在35 °C、50 °C、70 °C、85 °C及常壓環境下分別為1.41 mmole/g、1.17 mmole/g、0.89 mmole/g、0.76 mmole/g,經20次重複使用後捕獲量幾乎無任何損失。結合靜態化學吸附法與原位紅外光譜法可分別量化固體胺捕捉劑對二氧化碳的物理吸附量與化學吸附量,並可進一步去計算胺基使用效率,與文獻不同的是本研究計算的結果較能反映出胺基以化學機制捕獲的參與程度。 鹽批覆負載型鎂基材捕捉劑製備方式為以連續式氣膠噴霧自組裝技術快速將氧化鎂分散至中孔微米球載體中。鎂鈦莫耳比2的捕捉劑在300 °C及常壓環境下捕獲量為0.26 mmole/g,高出商業氧化鎂近一倍表現,而亞硝酸鈉促進劑引入後捕獲量獲得顯著提升,當引入量來到45 wt%時,捕獲量來到1.30 mmole/g,由於孔道空間有限,因燒結現象導致粒徑增長的幅度受到抑制,使捕捉劑具有較佳的可重複使用特性,經6次重複使用後的捕獲量與第1次捕獲量相比損失約11%。 負載型鈣基材在鈣鈦莫耳比3的條件下,在600 °C及常壓環境下捕獲量在5分鐘內即可達到7.00 mmole/g之飽和容量,在700 °C氮氣流通的再生環境下,經20次重複使用後的捕獲量幾乎無任何損失,而在920 °C二氧化碳流通的再生環境下,經5次重複使用後的捕獲量損失幅度僅約32%,且此後趨於穩定,至第11次重複使用捕獲量不再有損失現象。700 °C氮氣流通的條件下產生的物種以氫氧化鈣為主,而920 °C二氧化碳流通的再生條件下產生的物種以氧化鈣為主。 總結本研究探討之四種捕捉劑,對二氧化碳捕獲皆具優秀的選擇性與多次重複使用特性,在燃燒化石燃料電廠與工業上移除二氧化碳具應用潛力。 | zh_TW |
dc.description.abstract | The preparation and CO2 capture performance of mesoporous carbon sorbent, solid amine sorbent, salt promoted supported Mg-beaed sorbent and supported Ca-based sorbent were discussed in this work. The mesoporous carbon sorbent was obtained via soft-template method following by different treatment process to adjust surface oxygen functional groups type. The capture capacities of sorbent with acidic oxygen functional groups at 0 oC, 10 oC, 20 oC were 2.49 mmole/g, 2.09 mmole/g, 1.71 mmole/g, while sorbent with non-acidic oxygen functional groups show 2.60 mmole/g, 2.25 mmole/g, 1.90 mmole/g. In CO2/N2 or CO2/CH4 binary gas mixture case, the ideal adsorbed solution theory simulation results show that sorbent with acidic oxygen functional groups is suggested to work at low temperature, whereas sorbent with non-acidic oxygen functional groups is suggested to work at near room temperature. The solid amine sorbent was obtained by loading tetraethylenepentamine into NH3-treated mesoporous carbon support. The NH3-treated step can help support retain more amine molecules with better distribution. The capture capacities at 35 oC, 50 oC, 70 oC, 85 oC were 1.41 mmole/g, 1.17 mmole/g, 0.89 mmole/g, 0.76 mmole/g. The capacity was unchanged after 20 cycles use. Quantification of physisorption and chemisorption can be done though in situ infrared technology assisted static chemisorption method. The result can futhur calculate amine efficiency, which reflects the degree that amines capture CO2 via chemical mechanism. The salt promoted supported Mg-beaed sorbent was obtained via aerosol-assisted self-assembly method following by salt impregnation. At 300 oC, the Mg/Ti mole ratio 2 show 0.26 mmole/g capture capacity, almost twice higher than commercial MgO. The capture capacity futhur increased to 1.30 mmole/g as 45 wt% NaNO2 loading. Due to restricted space in nanochannel, particle size growth caused by sintering was mitigated. Therefore the sorbent show better multicycle stability. The capture capacity loss about 11% at 6th use compared to 1st use. The supported Cg-beaed sorbent was obtained via aerosol-assisted self-assembly method. At 600 oC, the Ca/Ti mole ratio 3 show 7.00 mmole/g capture capacity in 5 minutes. Under 700 oC and N2 atmosphere regeneration condition, the capture capacity was almost unchanged after 20 cycle use. As regeneration condition came to 920 oC and CO2 atmosphere, the capture capacity only loss about 32% after 5 cycle use, and then became uncganged. After the former regeneration condition, the Ca species was mainly in Ca(OH)2 form, while in CaO form after the latter regeneration condition. In summary, these four sorbents discussed in this work possess high selectivity to CO2 and good muiticycle stability. The four sorbents have great potential application in fossil fuel power plant or industry CO2 removal. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2023-03-19T22:12:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 U0001-2409202209202600.pdf: 5811446 bytes, checksum: 76bfddbebecfdd070efda5f6470445ff (MD5) Previous issue date: 2022 | en |
dc.description.tableofcontents | 中文摘要 I Abstract III 目錄 V 圖目錄 IX 表目錄 XIII 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究內容 4 第二章 文獻回顧 5 2-1 捕捉劑類型簡介 5 2-2 中孔碳材 8 2-2-1 製備方法 8 2-2-2 捕獲機制 9 2-2-3 提升碳材捕獲表現方法 10 2-3 固體胺材 12 2-3-1 製備方法 12 2-3-2 捕獲機制 15 2-3-3 提升胺基分子在載體中的分散程度 16 2-4 鹼土金屬氧化物 18 2-4-1 概述 18 2-4-2 鎂鹼土金屬氧化物 19 2-4-3 鈣鹼土金屬氧化物 26 2-5 量化物理吸附與化學吸附方法 29 第三章 實驗設計 31 3-1 研究架構 31 3-2 藥品與儀器 32 3-3 捕捉劑製備方法 35 3-3-1 中孔碳材 35 3-3-2 固體胺材 36 3-3-3 負載型鎂基材與負載型鈣基材 37 3-4 捕獲實驗設計 39 3-4-1 體積法 39 3-4-1-1 實驗流程 39 3-4-1-2 熱值計算 40 3-4-1-3 等溫吸附模型 40 3-4-1-4 理想溶液理論 41 3-4-1-5 晶粒間擴散模型 42 3-4-2 重量法 43 3-4-2-1 實驗流程 43 3-4-2-2 雙指數函數模型 44 3-4-3 原位紅外光譜法 45 3-5 特性分析技術 46 3-5-1 X光繞射技術 46 3-5-2 氮氣等溫吸附/脫附技術 46 3-5-3 電子顯微鏡 49 3-5-4 X光光電子能譜術 50 3-5-5 元素分析技術 51 3-5-6 紅外光譜術 51 第四章 結果與討論 52 4-1 中孔碳材 52 4-1-1 特性分析 52 4-1-2 捕獲表現評估 57 4-1-3 混合氣體分離效率模擬 60 4-1-4 氣體擴散實驗 62 4-2 固體胺材 65 4-2-1 特性分析 65 4-2-2 捕獲表現評估 70 4-2-3 量化物理吸附與化學吸附 75 4-3 負載型鹼土金屬基材 85 4-3-1 負載型鎂基材 85 4-3-1-1 特性分析 85 4-3-1-2 捕獲表現評估 91 4-3-1-3 鹽批覆後之特性分析 92 4-3-1-4 鹽批覆後之捕獲表現評估 98 4-3-2 負載型鈣基材 105 4-3-2-1 特性分析 105 4-3-2-2 捕獲表現評估 108 第五章 結論與建議 120 5-1 結論 120 5-2 建議 121 參考文獻 122 附錄 135 附錄1 以掃描式電子顯微鏡附加的能量分散光譜儀配件對MC-M、MC-A之組成分析 135 附錄2 MC之(a) 掃描式電子顯微鏡影像;(b) 能量分散光譜儀分析;(c) 穿透式電子顯微鏡影像;(d) 氮氣等溫吸附/脫附實驗;(e) 表面積、微孔表面積、孔體積、主要孔徑大小、以及氧元素含量百分比 136 附錄3 MC-M、MC-A氮氣等溫吸附/脫附實驗表現 137 附錄4 MC-M、MC-A甲烷等溫吸附/脫附實驗表現 138 附錄5 MC-M、MC-A在2 kPa氮氣壓力下之實驗 139 附錄6 MC-M、MC-A在2 kPa甲烷壓力下之實驗 140 附錄7 MC-N之(a) 掃描式電子顯微鏡影像;(b) 能量分散光譜儀分析;(c) 氮氣等溫吸附/脫附實驗結果;(d) 表面積、微孔表面積、孔體積、主要孔徑大小、以及氮元素含量百分比 141 附錄8 以掃描式電子顯微鏡附加的能量分散光譜儀配件對TEPA/MC-N、TEPA/MC之組成分析 142 附錄9 50 oC不同反應時間下TEPA30/MC捕獲二氧化碳之各別化學吸附物種產生的吸收峰強度值與吸附量 143 附錄10 75 oC不同反應時間下TEPA30/MC捕獲二氧化碳之各化學吸附物種產生的吸收峰強度值與吸附量 144 附錄11 以掃描式電子顯微鏡附加的能量分散光譜儀配件對MgTi-x之組成分析 145 附錄12 以掃描式電子顯微鏡附加的能量分散光譜儀配件對MgTi-2-y之組成分析 147 附錄13 以掃描式電子顯微鏡附加的能量分散光譜儀配件對CaTi-x之組成分析 149 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 二氧化碳固態捕捉劑:製備、操作條件、選擇性與可重複使用性之研究 | zh_TW |
dc.title | Investigation of different types of CO2 solid sorbents based on their capacities, selectivities, and recyclibilities | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 110-2 | |
dc.description.degree | 博士 | |
dc.contributor.coadvisor | 林進榮(Chin-Jung Lin) | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 侯嘉洪(Chia-Hung Hou),胡景堯(Ching-Yao Hu),林錕松(Kuen-Song Lin),江康鈺(Kung-Yuh Chiang),曾惠馨(Hui-Hsin Anna Tseng),高立誠(Li-Cheng Kao) | |
dc.subject.keyword | 二氧化碳捕獲,中孔碳材,固體胺,氧化鎂,亞硝酸鈉,氧化鈣, | zh_TW |
dc.subject.keyword | CO2 capture,mesoporous carbon,amine,MgO,NaNO2,CaO, | en |
dc.relation.page | 150 | |
dc.identifier.doi | 10.6342/NTU202203959 | |
dc.rights.note | 同意授權(限校園內公開) | |
dc.date.accepted | 2022-09-26 | |
dc.contributor.author-college | 理學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 地質科學研究所 | zh_TW |
dc.date.embargo-lift | 2022-09-30 | - |
顯示於系所單位: | 地質科學系 |
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