文 献 综 述

1 课题背景及意义

来自电厂的后燃气，即烟道气，在所有CO₂排放中占40％以上。有效管理的烟气作为可持续能源供应和补救全球气候变化的措施具有巨大的研究兴趣。目前，工业烟气控制基于湿化学吸收使用烷醇胺溶剂。不幸的是，分离二氧化碳和这些的再生溶剂需要大量的能量（高达总能量生产的30％）。此外，腐蚀性等操作条件提高了维修成本。已经有各种多孔固体吸附剂被提出作为替品，包括沸石和金属有机骨架（MOF）这些固体吸附剂依赖于高金属组分的等压吸附（Eads#12316;0.4#12316;1.0eV），高容量二氧化碳容量和选择性，但通常遭受硬再生性的吸附剂和对环境湿度的敏感性的影响。^[7]

理想的CO₂吸附剂应当承担适当的吸附能量，对于容易的CO₂捕获/释放系统，其可以平衡吸附能力和可再生性。最近的系统性DFT研究表明，根据建筑单元的性质，MOF-74的CO₂亲和力可以从0.3eV调节至0.5eV。羟基，如果存在于MOF中，也可以通过氢锚定CO₂的氧终端。CO₂和吸附剂之间的强轨道耦合可导致CO₂的显着弯曲和高达0.7eV的吸附能量。在这点上，具有中间吸附能量而没有强烈扰动CO₂和吸附剂的电子结构的吸附剂预期满足大容量/选择性以及容易再生的细微要求。^[3-6]

石墨相氮化碳具有类石墨烯的层状结构。与传统材料（金属氧化物﹑金属有机框架﹑碳材料等）相比，氮化碳材料具有着更优越的化学与热学稳定性，其表面更易进行化学改性且表面拥有一定量的Lewis碱性位，同时其孔道和孔隙率具有可调性，因此，氮化碳材料在气体分离领域逐渐受到关注。同时，兼顾到分级多孔氮化碳材料可以同时兼顾CO2气体在材料结构中低扩散阻力和较好吸附能力的特点。^[11,13]

氮化碳在多孔还原氧化石墨烯上的模板生长赋予易于接近的CO₂捕获位点和用于保留进入气体的体积空间，而没有严重的碳氮化合物的化学改性。在非平面多孔碳氮化物几何上由富电子氮诱导的强偶极相互作用在环境条件下强制CO₂的特异性和可逆吸附。因此，通过压力摆动可能为CO₂捕获提供了节能，经济和可持续的工业烟道气处理平台。在层状材料中良好平衡和特异性结合的合理利用也将有助于光催化，天然气处理，生物分子成像， CO₂捕集等。

鉴于此，本课题的研究目的在于对分级多孔氮化碳材料的构筑进行深入研究，从而获得高吸附量和高扩散速率的氮化碳杂化材料。

2 方法

氮化碳材料的制备如下：（1）氧化石墨烯的合成。将石墨，NaNO ₃和硫酸加入到圆底烧瓶中并用搅拌棒混合。将KMnO₄（粉末）缓慢加入烧瓶中，在烧瓶底部放置冰浴，以在加入期间保持低的温度。将混合物溶液在35℃下保持2小时，同时连续搅拌。用冰浴冷却烧瓶，同时在搅拌下缓慢加入20mL H₂O₂。将所得溶液过滤并用4％HCl洗涤五次。将过滤的固体在室温下真空干燥24小时。将每1g氧化石墨烯固体与500mL去离子水混合并超声处理2小时。将超声处理的GO悬浮液在1500#12316;2000rpm下离心40分钟以从粗糙石墨残余物中分离脱落的GO。将剥离的GO溶液用透析管纯化2周，其中每24小时提供新鲜的去离子水。^[7]