北京工业大学环境与生命学部环境科学系–石墨烯氧化物掺杂硬脂酸插层双氧化物纳米复合材料作为高性能CO2吸附剂

文章首次报道了氧化石墨烯(GO)掺杂硬脂酸插层双氧化物(LDO)纳米复合材料作为一种新型的中温(200 ~ 400℃)CO₂吸附剂。GO的掺杂可以提高复合材料的稳定性。插入硬脂酸长碳链有机阴离子可显著提高LDO-硬脂酸盐(LDO-SA)对CO₂的吸附吸收(0.52 mmol/g)。6 wt%的GO – LDO-SA(6GO – LDO-SA)纳米复合材料对CO₂的吸附量最大(0.83 mmol/g)，远高于传统LDO吸附剂(0.35 mmol/g)。6GO – LDO-SA的高性能与其表面积和基本位点量的增加有关。CO₂在纳米复合材料上的吸附过程以化学吸附为主，吸附的CO₂主要以碳酸盐的形式储存。经过10次吸附和解吸循环试验，6GO – LDO-SA的再生效率>88%，远高于LDO。同时，6GO – LDO-SA吸附剂在中温条件下表现为快速动力学(0.863 mmol/(g·min))。本研究制备的新型纳米复合材料在二氧化碳捕获方面具有广阔的应用前景。

图1. GO、硬脂酸、LDH、LDH-SA和xGO – LDH- SA的TG谱图。

图2. (A) LDH, LDH-SA和xGO – LDH-SA的XRD谱图，(B) LDO，LDO-SA和xGO – LDO-SA的XRD谱图。

图3. (a) LDH、(b) LDH-SA、(c) 6GO-LDH-SA、(d) LDO、(e) LDO-SA、(f) 6GO-LDH-SA的TEM图像 (g) 6GO-LDH-SA元素映射图对应的TEM图像，(h-k) 6GO-LDH-SA元素映射图。

图4. (A) LDH、LDH-SA、xGO – LDH- SA的N₂吸附-脱附等温线；和(B) LDO, LDO-SA和xGO – LDO-SA的N₂吸附-脱附等温线。

图5. 在(15 vol% CO₂ + 85 vol% N₂)流量为50 mL/min时，吸附剂的CO₂吸附量随时间的变化。

图6. (A) LDO、LDO-SA和xGO – LDO-SA的CO₂-TPD谱，(B)总碱度或BET表面积与吸附吸收的关系。

图7. LDO、LDO-SA和6GO – LDO-SA吸附CO₂的原位DRIFTS光谱。

图8. (A) LDO和(B) 6GO – LDO-SA在不同温度下的CO₂吸附等温线，(C) 6GO – LDO-SA样品的Q_st与CO₂吸附的关系。

图9. (A, C) CO₂吸附动力学曲线，(B, D) CO₂分别在LDO和6GO – LDO-SA样品上吸附的粒子内扩散图。

图10. 实验得到了(A) LDO和(B) 6GO – LDO-SA的CO₂吸附吸收与CO₂压力的函数关系，并根据Langmuir和Freundlich模型推测。

图11.LDO、LDO-SA、6GO – LDO-SA的CO₂再生性能(q为实时吸附吸收，qo为初始吸附吸收)。

相关研究成果由北京工业大学环境与生命学部环境科学系、区域大气复合污染防治北京市重点实验室Kai Wu等人于2022年发表在Separation and Purification Technology (https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120686)上。

原文：Graphene oxide-doped stearate-intercalated layered double oxide nanocomposites as high-performance CO₂ adsorbents。