凹凸棒石負(fù)載有機(jī)胺用于沼氣提純的優(yōu)化制備研究*

卞 可，張海榮，王 璨，黎海龍，王夢琨，姚時苗，熊 蓮，郭海軍?，陳新德?

（1.中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2.沈陽化工大學(xué)，沈陽 110142；3.盱眙凹土能源環(huán)保材料研發(fā)中心，江蘇 盱眙 211700；4.中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，廣州 510640；5.廣東省新能源和可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點實驗室，廣州 510640）

0 引 言

利用生物質(zhì)經(jīng)水解、厭氧發(fā)酵制備沼氣是實現(xiàn)生物質(zhì)高值化利用的主要途徑之一。通常，沼氣中甲烷（CH4）含量為50%～ 65%，二氧化碳（CO2）含量為30%～ 40%[1]。CO2不僅會降低沼氣的熱值，運輸過程中還會腐蝕氣體管道。沼氣提純是實現(xiàn)沼氣高值化轉(zhuǎn)化為生物天然氣的必經(jīng)之路。通過沼氣提純，可以實現(xiàn)沼氣中CH4含量超過95%。

沼氣提純技術(shù)主要有加壓水洗法、化學(xué)吸收法、膜分離法和低溫分離法等[2-4]。加壓水洗技術(shù)相對成熟，運行成本低，對環(huán)境無污染，但所得生物天然氣中CH4含量一般不超過97%，且高壓工藝對設(shè)備要求較高?；瘜W(xué)吸收技術(shù)是利用有機(jī)液胺溶液與沼氣中CO2的物理化學(xué)吸附特性來實現(xiàn)，可以使CH4含量達(dá)到99%，因而在需要高CH4含量的生物天然氣領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。然而，液胺吸收法易腐蝕設(shè)備，再生過程容易產(chǎn)生溶劑流失且再生能耗較高。相比而言，固態(tài)胺吸收法易于操作，吸附劑熱穩(wěn)定性更好，再生成本更低，具有更好的工業(yè)化應(yīng)用前景[5-6]。

固態(tài)胺吸附劑通常是通過化學(xué)接枝或物理浸漬的方法將有機(jī)胺負(fù)載于碳材料、γ-Al2O3、介孔硅、分子篩、多孔聚合物、金屬有機(jī)框架材料和納米復(fù)合材料等多孔材料上制得。然而，大部分多孔材料是經(jīng)由復(fù)雜的化學(xué)過程合成得到，且價格較為昂貴。凹凸棒石（palygorskite）又稱坡縷石，是一種2∶1型鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，價格低廉，資源豐富，其獨特的孔道結(jié)構(gòu)和較大的比表面積賦予其良好的吸附性能，使其在環(huán)境保護(hù)、化工、輕工、農(nóng)林、建材等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[7]。近年來，使用凹凸棒石負(fù)載有機(jī)液胺制得的固態(tài)胺吸附劑在CO2捕獲及沼氣分離提純等領(lǐng)域得到了應(yīng)用[8]。研究表明，當(dāng)水分不存在時，固態(tài)胺吸附劑是通過氨基與CO2相互作用形成氨基甲酸鹽（carbaminate）兩性離子（zwitterion）：2RNH2+CO2→RNHCOO-RNH3+；而當(dāng)水分存在時，則形成重碳酸鹽（bicarbonate）或碳酸鹽（carbonate）：2RNH2+CO2+H2O → RNH3+HCO3-+RNH2→ (RNH3+)2CO32-[9]。凹凸棒石表面富含硅羥基，有利于氨基基團(tuán)的錨定，為CO2捕獲提供吸附位點[10]。然而，凹凸棒石原礦的CO2吸附能力較弱，室溫下的CO2吸附量僅為0.41 mmol/g，經(jīng)酸改性后的CO2吸附量可提高至0.98 mmol/g[11]?？梢钥闯?，凹凸棒石原礦吸附劑的CO2吸附性能仍較為有限，不利于其在沼氣提純中的實際應(yīng)用。因此，如何有效提高凹凸棒石基吸附劑的CO2捕集能力仍是未來的研究重點[11-12]。

凹凸棒石通過酸改性可以有效去除層間的白云石及其他雜質(zhì)，改善凹凸棒石的比表面積和孔容[13-14]。而當(dāng)酸濃度較高時，凹凸棒石的八面體片狀晶體溶解形成無定型活性SiO2凝膠包裹于凹凸棒石晶體表面，使其展現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)與性能[15]?；诖耍琂IANG 等[16]使用高濃度酸改性凹凸棒石成功制備了ZSM-5 分子篩、ZSM-5/MCM-41 復(fù)合分子篩[17]和SBA-15 分子篩[18]等純硅介孔材料。前人研究一般采用特定酸濃度改性凹凸棒石負(fù)載有機(jī)胺得到的固態(tài)胺吸附劑用于CO2捕集，缺乏對酸改性凹凸棒石的結(jié)構(gòu)和性能的系統(tǒng)調(diào)控研究。因此，為充分提高酸改性凹凸棒石負(fù)載有機(jī)胺的沼氣提純性能，從酸濃度和改性時間兩方面，詳細(xì)考察凹凸棒石酸改性程度對其結(jié)構(gòu)和性能的影響，以獲得較理想的可用于制備沼氣提純用固態(tài)胺吸附劑的多孔載體，并負(fù)載不同有機(jī)胺進(jìn)行CO2吸附性能評價，考察其用于沼氣提純的普適性。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

乙醇胺（monoethanolamine,MEA）、二乙醇胺（diethanol anine,DEA）、三乙醇胺（triethanolamine,TEA）、二乙烯三胺（diethylenetriamine,DETA）、三乙烯四胺（triethylene tetramine,TETA）和聚乙烯亞胺（polyethyleneimine,PEI），均購自上海阿拉丁試劑有限公司；甲醇購自天津富宇化工有限公司；鹽酸、硫酸購自廣州化學(xué)試劑有限公司；凹凸棒石原礦由淮安徳嘉新材料有限公司提供。沼氣模擬氣為CH4/CO2混合氣（組成為CH460%、CO240%）、氮氣（N2）（純度 ＞ 99.999%）、氬氣（Ar）（純度 ＞99.999%），均購自佛山市科迪氣體有限公司。

1.2 酸改性凹凸棒石的制備

分別配制2 mol/L、3 mol/L、4 mol/L、5 mol/L和6 mol/L 的H2SO4溶液，將烘干至恒重的凹凸棒石原礦粉末（大于100 目）按固液比1∶5 加入H2SO4溶液中，在80℃水浴中機(jī)械攪拌反應(yīng)10 h，懸浮液經(jīng)過濾、用去離子水洗滌至中性，所得樣品在烘箱中以105℃干燥過夜，研磨并過200 目標(biāo)準(zhǔn)篩，獲得不同濃度酸改性凹凸棒石粉末，分別命名為 H+-ATP-2M、H+-ATP-3M、H+-ATP-4M、H+-ATP-5M 和H+-ATP-6M。

優(yōu)化得到最佳硫酸濃度為3 mol/L 后，進(jìn)一步制備改性時間分別為8 h、24 h 和72 h 的酸改性凹凸棒石，并分別命名為H+-ATP-8h、H+-ATP-24h 和H+-ATP-72h。

1.3 酸改性凹凸棒石負(fù)載有機(jī)胺吸附劑的制備

將一定量的有機(jī)胺（按凹凸棒石載體的質(zhì)量計）加入30 mL 甲醇中，充分?jǐn)嚢枋褂袡C(jī)胺全部溶解后再向溶液中分別加入10 g 凹凸棒石原礦和根據(jù)不同酸改性時間所得H+-ATP 粉末，繼續(xù)攪拌6 h，使有機(jī)胺與載體粉末充分接觸并相互作用，在65℃下通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收甲醇溶劑，所得產(chǎn)品在65℃真空干燥箱內(nèi)干燥12 h，得到固態(tài)胺吸附劑，過200 目篩后保存于干燥器中待用。

1.4 酸改性凹凸棒石及負(fù)載有機(jī)胺吸附劑的表征

采用AXIOSmAX-PETRO 型X 射線熒光光譜儀（X-ray fluorescence spectrometry,XRF）（荷蘭帕納科公司）測定凹凸棒石的化學(xué)組成。制樣過程為：稱取4 g 硼酸對2 g 樣品進(jìn)行包裹，在40 MPa 壓力下壓片兩次，每次保持30 s。使用S-4800 型掃描電鏡（scanning electron microscope,SEM）（日本Hitachi公司）觀察凹凸棒石的微觀形貌，工作電壓2.0 kV，工作電流9.8 μA。使用X’ Pert Pro MPD 型X 射線衍射儀（X-ray diffractometer,XRD）（荷蘭PANalytical公司）測定材料的物相組成。測試條件為Cu Kα源（λ=0.151 48 nm）、石墨單色器、工作電壓40 kV、工作電流40 mA、掃描范圍2θ=5°～ 80°。

采用SI-MP-10 型全自動獨立多站比表面和孔隙度分析儀（美國康塔儀器公司）測定凹凸棒石的比表面積、孔容及孔徑分布。測試前，樣品在80℃下脫氣10 h，然后在 -196℃下對樣品進(jìn)行氮氣吸附/ 脫附。Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面積（SBET）由BET 方程計算，微孔比表面積（Smicro）和微孔孔容（Vmicro）由t-plot 法計算，外比表面積Sext=SBET-Smicro?？偪兹荩╒total）根據(jù)相對壓力（p/p0）最大時的吸附量計算，介孔孔容（Vmeso）和介孔孔徑分布由Barrett-Joyner-Halenda（BJH）法計算。大孔孔容Vmacro=Vtotal-Vmicro-Vmeso。假設(shè)孔都是圓柱形孔結(jié)構(gòu)，根據(jù)BJH 法計算平均孔徑Dp。

1.5 酸改性凹凸棒石負(fù)載有機(jī)胺吸附劑的性能評價

CO2吸脫附實驗在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，原料氣為CO2和CH4的混合氣。過程如下：適量的吸附劑裝在長度為280 mm、內(nèi)徑為8 mm 的不銹鋼反應(yīng)器（吸附柱）中；沼氣提純前，用流速為40 mL/min的Ar 在室溫下吹掃，除去吸附劑表面吸附的雜質(zhì)；約30 min 后，進(jìn)料口氣體切換為模擬沼氣進(jìn)行吸附實驗；使用附帶熱導(dǎo)池檢測器（Thermal conductivity detector,TCD）的GC-9800 氣相色譜儀（上海科創(chuàng)色譜儀器有限公司）在線測定出口端CH4和CO2的體積分?jǐn)?shù)，直到出氣與進(jìn)氣中CO2的體積分?jǐn)?shù)相同時，吸附完成。色譜柱為TDX-01 填充柱，色譜柱溫度為120℃、檢測器溫度為150℃。CO2飽和吸附量根據(jù)下式計算得到。

式中：Q為CO2的飽和吸附容量，mmol/g；Wa為床層中吸附劑的質(zhì)量，g；F為進(jìn)料流量，mL/min；t為吸附時間，min；C0和C分別為進(jìn)氣和出氣中CO2的體積分?jǐn)?shù)，%；22.4 為氣體標(biāo)況摩爾體積常數(shù)，mL/mmol。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸改性濃度對凹凸棒石組成、形貌、結(jié)構(gòu)和性能的影響

2.1.1 化學(xué)組成

酸濃度對凹凸棒石原礦（C-ATP）和酸改性凹凸棒石化學(xué)組成的影響如表1 所示。

表1 凹凸棒石原礦和不同酸濃度改性凹凸棒石的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different acid concentration

可以看出，隨著硫酸濃度的增大，SiO2含量逐漸增加；Al2O3、Fe2O3和MgO 等位于層間金屬陽離子的氧化物含量逐漸減少。經(jīng)2 mol/L 酸改性處理后，K2O、Na2O、CaO、MnO 和P2O5均得到較好地去除。因此，酸濃度變化對凹凸棒石的化學(xué)組成有一定的影響，但酸濃度大于3 mol/L 后變化不明顯。

2.1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)

凹凸棒石原礦和不同濃度酸改性凹凸棒石的N2吸附/脫附等溫線如圖1a，均為IV 類吸附等溫線。

圖1 凹凸棒石原礦和不同酸濃度改性凹凸棒石的N2 吸附-脫附等溫線（a）和BJH 孔徑分布圖（b）Fig.1 N2 adsorption-desorption isotherms (a) and BJH pore-size distribution (b) of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different acid concentration

對于凹凸棒石原礦，當(dāng)相對壓力P/P0＜ 0.3 時，其N2吸附量隨P/P0的增大變化不明顯，吸附/脫附曲線基本完全疊合在一起；當(dāng)P/P0＞ 0.4 時，其N2吸附量隨P/P0的增大而快速增加，且形成了明顯的遲滯環(huán)[14]，表明凹凸棒石原礦同時存在微孔和介孔。對于酸改性凹凸棒石，遲滯環(huán)先增大后減小，在酸濃度為3 mol/L 時達(dá)到最大。

表2 列出了根據(jù)吸附等溫線計算得到的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)?？梢钥闯?，酸改性有利于凹凸棒石SBET、Smicro、Vtotal和Vmicro的增大，當(dāng)酸濃度為2 mol/L 時，SBET、Smicro和Vmicro均達(dá)到最大，但Vtotal和Vmeso在酸濃度為3 mol/L 時達(dá)到最大。隨著酸濃度的進(jìn)一步增大，除Vmacro外各結(jié)構(gòu)參數(shù)值均呈下降趨勢。由此可見，適當(dāng)提高酸濃度有利于凹凸棒石比表面積和總孔容的增大。在圖1b 所示的BJH 孔徑分布圖中，孔徑大小約為4 nm 的峰歸屬于凹凸棒石層間介孔，對應(yīng)內(nèi)比表面積；孔徑大小約為20 nm 的峰歸屬于凹凸棒石微粒間形成的非結(jié)構(gòu)孔，對應(yīng)外比表面積?？梢钥闯?，酸濃度的增大使非結(jié)構(gòu)孔數(shù)量先增加后減少，在酸濃度為3 mol/L 時，非結(jié)構(gòu)孔的孔徑分布峰最高，使得該樣品具有最大的Vtotal和Vmeso。綜合而言，酸濃度為3 mol/L 對凹凸棒石的比表面積和孔結(jié)構(gòu)具有最好的改善作用。

表2 凹凸棒石原礦和不同酸濃度改性凹凸棒石的結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 2 Structural parameters of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different acid concentration

2.1.3 微觀形貌

圖2 顯示了凹凸棒石原礦和分別經(jīng)3 mol/L和6 mol/L 硫酸改性凹凸棒石的SEM 圖像。可以看出，凹凸棒石原礦棒晶團(tuán)聚較多，棒晶尺寸不規(guī)則；3 mol/L 酸改性后，凹凸棒石棒晶的分散明顯改善；6 mol/L 酸改性后，凹凸棒石棒晶呈現(xiàn)不規(guī)則的形貌，大量短棒晶及團(tuán)聚體出現(xiàn)，這是由于高濃度酸改性導(dǎo)致八面體陽離子部分溶解，形成含有八面體陽離子的富 SiO2層包覆在凹凸棒石表面[19]。

圖2 凹凸棒石原礦和不同酸濃度改性凹凸棒石的SEM 圖像：（a）C-ATP；（b）H+-ATP-3M；（c）H+-ATP-6MFig.2 SEM images of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different acid concentration: (a) C-ATP;(b) H+-ATP-3M;(c) H+-ATP-6M

2.1.4 晶體組成和晶體結(jié)構(gòu)

圖3 為凹凸棒石原礦和分別經(jīng)3 mol/L 和6 mol/L硫酸改性凹凸棒石的XRD 譜圖。

圖3 凹凸棒石原礦和不同酸濃度改性凹凸棒石的XRD 譜圖Fig.3 XRD patterns of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different acid concentration

可以看出，凹凸棒石原礦的主要物相有：坡縷石（JCPDS 31-0783）、白云石（dolomite,JCPDS 36-0426）和石英（quartz,JCPDS 46-1045）。凹凸棒石酸改性使白云石物相被完全溶解，從而未被檢測到，同時坡縷石物相衍射峰強(qiáng)度隨酸濃度的增加存在一定的減弱[20]。石英衍射峰的峰強(qiáng)度逐漸升高，且在2θ=15o～ 30°呈現(xiàn)“饅頭狀”衍射峰，可歸因于坡縷石物相溶解形成少量無定型SiO2所致[21]。

2.2 酸改性時間對凹凸棒石組成、形貌、結(jié)構(gòu)和性能的影響

2.2.1 化學(xué)組成

在酸濃度為3 mol/L 時，考察了酸改性時間對凹凸棒石原礦（C-ATP）和酸改性凹凸棒石化學(xué)組成的影響，結(jié)果如表3 所示。可以看出，隨著酸改性時間的延長，SiO2含量逐漸升高；Al2O3、Fe2O3、MgO 和CaO 等位于層間金屬陽離子的氧化物含量逐漸降低，CaO 經(jīng)8 h 酸改性處理即得以較好的去除；K2O、TiO2、MnO 和P2O5的含量在8 h 酸改性處理后均顯著下降，隨改性時間進(jìn)一步變化不明顯；Na2O 含量則幾乎不發(fā)生變化。由此可見，酸改性時間的變化對凹凸棒石的化學(xué)組成產(chǎn)生較大的影響。

表3 凹凸棒石原礦和不同時間酸改性凹凸棒石的化學(xué)組成Table 3 Chemical composition of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different time

2.2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)

凹凸棒石原礦和經(jīng)不同時間酸改性凹凸棒石的N2吸附/脫附等溫線如圖4a 所示，均為IV 類吸附等溫線。對于凹凸棒石原礦，當(dāng)P/P0＜ 0.3 時，其N2吸附量隨P/P0的增大變化不明顯，且吸附/脫附曲線基本完全疊合在一起，表明此時的吸附為單層吸附；當(dāng)P/P0＞ 0.4 時，其N2吸附量隨P/P0的增大而快速增加，且形成了較小的遲滯環(huán)，表明凹凸棒石原礦中同時存在微孔和介孔。對于經(jīng)不同時間酸改性的凹凸棒石，其N2吸附量快速增加的P/P0值降低，且遲滯環(huán)增大，在改性時間為72 h時達(dá)到最大，表明酸改性處理使凹凸棒石的孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

表4 列出了根據(jù)吸附等溫線計算得到的比表面積、孔容、孔徑大小等信息?？梢钥闯觯m當(dāng)延長酸改性時間，有利于SBET、Smicro、Vtotal和Vmicro的增大，當(dāng)酸改性時間進(jìn)一步延長至72 h 時，SBET略微減小，Smicro和Vmicro急劇減小，但Vtotal和Vmeso顯著增大。由此可見，延長酸改性時間有利于凹凸棒石孔數(shù)量的增加，但當(dāng)酸改性時間過長時，凹凸棒石微孔消失，介孔數(shù)量增加。由圖4b 所示的BJH 孔徑分布圖可以看出，酸改性時間的延長使孔徑大小約為20 nm 的凹凸棒石微粒間形成的非結(jié)構(gòu)孔數(shù)量增加，在酸改性72 h 時，非結(jié)構(gòu)孔的孔徑大小呈多峰分布，證實了部分介孔存在一定的坍塌并形成了更小的介孔。

圖4 凹凸棒石原礦和不同時間酸改性凹凸棒石的N2 吸附-脫附等溫線（a）和BJH 孔徑分布圖（b）Fig.4 N2 adsorption-desorption isotherms (a) and BJH pore-size distribution (b) of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different time

表4 凹凸棒石原礦和不同時間酸改性凹凸棒石的結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 4 Structural parameters of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different time

2.2.3 微觀形貌

圖5 顯示了凹凸棒石原礦和經(jīng)不同時間酸改性凹凸棒石的SEM 圖像?？梢钥闯?，凹凸棒石原礦棒晶團(tuán)聚較多，棒晶尺寸不規(guī)則；酸改性后，凹凸棒石棒晶的分散得到明顯改善，棒晶長度減?。浑S著酸改性時間的進(jìn)一步延長，少量棒晶又重新聚集在一起形成棒晶束，這可能是由于酸改性時間的延長，導(dǎo)致凹凸棒石棒晶表面形成更多的Si-OH 基，相互之間作用力增強(qiáng)。

圖5 凹凸棒石原礦和不同時間酸改性凹凸棒石的SEM 圖：（a）C-ATP；（b）H+-ATP-8h；（c）H+-ATP-24h；（d）H+-ATP-72hFig.5 SEM images of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different time: (a) C-ATP;(b) H+-ATP-8h;(c) H+-ATP-24h;(d) H+-ATP-72h

2.2.4 晶體組成和晶體結(jié)構(gòu)

圖6 為凹凸棒石原礦和經(jīng)不同時間酸改性凹凸棒石的XRD 譜圖。凹凸棒石原礦的主要物相有坡縷石（JCPDS 31-0783）、白云石（JCPDS 36-0426）和石英（JCPDS 46-1045）。凹凸棒石酸改性使其中所含白云石物相幾乎被完全溶解，隨著酸改性時間的延長，未檢測到白云石物相，同時坡縷石物相衍射峰逐漸減弱直至未被檢測到。而石英衍射峰的峰強(qiáng)度逐漸升高，且在2θ=15o～ 30°呈現(xiàn)寬化的“饅頭狀”衍射峰，可歸因于坡縷石物相溶解形成了無定型SiO2所致[21]。因此，在下文中將酸改性72 h 所得凹凸棒石命名為凹凸棒石基無定型SiO2（α-SiO2）。

圖6 凹凸棒石原礦和不同時間酸改性凹凸棒石的XRD 譜圖Fig.6 XRD patterns of crude attapulgite and acid-activated attapulgite by different time

2.3 有機(jī)胺種類對CO2 吸附性能的影響

以α-SiO2為載體，加入不同有機(jī)胺作為改性劑，制備了一系列的50%負(fù)載量的固態(tài)胺吸附劑，并在60℃條件下，將其用于模擬沼氣中CO2吸附分離實驗，得出各固態(tài)胺吸附劑的CO2吸附量如表5 所示?？梢钥闯?，當(dāng)有機(jī)胺為醇胺時，醇胺分子量越大，所得吸附劑的CO2飽和吸附量越大；當(dāng)有機(jī)胺為DETA 和TETA 時，所得吸附劑的CO2飽和吸附量高于負(fù)載醇胺類吸附劑；當(dāng)以PEI 為有機(jī)胺時，固態(tài)胺吸附劑CO2吸附容量最高可達(dá)3.21 mmol/g，這是由于在PEI 中N 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，使得單位質(zhì)量胺的CO2吸附容量提高，并且PEI 的分子量較高，熱穩(wěn)定性較好，在高溫下不易揮發(fā)[22]。

表5 α-SiO2 負(fù)載不同有機(jī)胺所制備吸附劑的CO2 吸附量Table 5 CO2 adsorption capacity of adsorbents prepared by different organic amines supported on α-SiO2

與PEI 改性其他載體所制備的固態(tài)胺吸附劑的CO2吸附量（表6）相比，本研究中PEI 改性α-SiO2的CO2吸附量最高可達(dá)3.21 mmol/g，并且具有載體價格低廉的優(yōu)勢，可為未來固態(tài)胺吸附劑用于沼氣提純及CO2捕集的研究提供借鑒和參考。

表6 PEI 改性不同載體制備的吸附劑的CO2 吸附量的比較Table 6 Comparison of CO2 adsorption capacity of PEI-modified adsorbents from literatures and this study

3 結(jié) 論

（1）以天然凹凸棒石為原料，使用硫酸活化對其改性，考察了酸濃度對改性凹凸棒石組成、形貌、結(jié)構(gòu)和性能的影響，結(jié)果表明當(dāng)硫酸濃度為3 mol/L時，凹凸棒石中金屬陽離子化合物得到了很好的去除，凹凸棒石棒晶分散均勻，比表面積增大，介孔數(shù)量增多，介孔孔容和總孔容達(dá)到最大。

（2）以3 mol/L 硫酸對凹凸棒石進(jìn)行酸改性，考察了酸改性時間對凹凸棒石組成、形貌、結(jié)構(gòu)和性能的影響，當(dāng)酸改性時間為72 h 時，凹凸棒石中SiO2含量達(dá)到了93.87%，孔結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，較小介孔增多，凹凸棒石轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定型SiO2（α-SiO2）。

（3）以3 mol/L 硫酸改性72 h 所得凹凸棒石基無定型SiO2為載體，負(fù)載不同種類有機(jī)胺制備了一系列固態(tài)胺吸附劑，沼氣提純性能評價結(jié)果表明，凹凸棒石基無定型SiO2負(fù)載聚乙烯亞胺具有最高的CO2飽和吸附容量，在60℃時吸附量達(dá)3.21 mmol/g，是一種較為理想的CO2低溫捕集材料。