J. CO2 Util.：不同類型金屬氧化物摻雜活性炭納米纖維對CO2吸附的影響

DOI: 10.1016/j.jcou.2021.101434

通過簡單的靜電紡絲和熱解工藝，成功制備了摻雜四種不同金屬氧化物（氧化鎂（MgO）、二氧化錳（MnO2）、氧化鋅（ZnO）和氧化鈣（CaO））的活性炭納米纖維（ACNFs）。對靜電紡絲和熱解工藝參數進行了優化，合成了用于CO2捕集的多孔ACNFs復合材料。利用77K下的N2吸附等溫線研究了ACNFs復合材料的多孔性和織構特征，并通過TEM和FE-SEM觀察了復合材料的特征和形態。借助EDX和拉曼光譜分析了ACNFs的元素組成。結果表明，與原始ACNFs（ACNF1）和其他ACNFs復合材料相比，摻入MgO（ACNF2）的ACNFs具有最大的比表面積（413m2/g）和最大的微孔體積（0.1777cm3/g）。與其他樣品相比，ACNF2的最小纖維直徑為357.8±16.7nm。通過EDX分析證實所有金屬氧化物成功摻入電紡纖維中。所有合成ACNFs的拉曼光譜中均存在D峰和G峰，這表明其具有碳基材料結構。正如預期的那樣，與其他ACNFs樣品相比，ACNF2在298K下的最高CO2吸附量為60cm3/g，這與N2吸附量相當。通過體積吸附法測定了最佳復合樣品（ACNF2）在三種不同溫度（273、298和318k）以及壓力為1bar時的CO2吸附/解吸等溫線，并與ACNF1進行比較。結果表明，CO2的吸附量與溫度的升高成反比，隨著溫度的升高，CO2的吸附量降低。上述結果表明，在實際條件下，MgO的加入使ACNFs的理化性質得到了最佳的改善，從而提高了ACNFs對CO2的吸附性能。

圖1.原始和金屬氧化物摻雜ACNFs的孔徑分布。

圖2.所得ACNFs樣品的氮氣吸附等溫線。

圖3.（a）ACNF2，（b）ACNF3，（c）ACNF4和（d）ACNF5的EDX光譜和映射。

圖4.兩種不同放大倍率（10,000×和25,000×）下ACNFs樣品的纖維直徑和形態結構的比較：（a-b）ACNF1，（c-d）ACNF2，（e-f）ACNF3，（g-h）ACNF4和（i-j）ACNF5。

圖5.所有不同金屬氧化物摻雜ACNFs的拉曼光譜。

圖6.所有ACNFs在25℃以及1bar下的CO2吸附等溫線。

圖7.（a）ACNF1和（b）ACNF2在1bar以及不同吸附溫度（273、298和313K）下的CO2吸附/解吸等溫線。