1 CO2捕集材料
二氧化碳常用方法
二氧化碳常用方法一、引言二氧化碳（CO2）是一种广泛存在于地球大气中的气体，也是温室效应的主要原因之一。
随着人类活动的增加，二氧化碳的排放量不断增加，对地球的气候和环境产生了重要影响。
因此，控制和减少二氧化碳的排放已成为当今社会亟待解决的问题之一。
本文将介绍二氧化碳的常用方法，包括二氧化碳的捕集、封存和利用等方面。
通过了解这些方法，我们可以更好地理解和应对二氧化碳排放问题。
二、二氧化碳的捕集1.化学吸收法化学吸收法是一种常用的二氧化碳捕集方法。
它利用一系列化学反应将二氧化碳从气体中分离出来。
常用的化学吸收剂包括胺类化合物，如醇胺和氨基酸盐等。
这些化学吸收剂能够与二氧化碳发生反应，并形成稳定的化合物。
通过控制反应条件，可以实现二氧化碳的高效捕集。
2.物理吸收法物理吸收法利用溶液中的溶质浓度差异，通过物理作用将二氧化碳从气体中吸收到溶液中。
常用的物理吸收剂包括水和有机溶剂等。
这些吸收剂能够与二氧化碳发生物理作用，形成溶液中的二氧化碳。
物理吸收法具有操作简单、成本低廉的优点，但对二氧化碳的吸收效率较低。
3.膜分离法膜分离法是一种利用膜的选择性透过性将二氧化碳从气体中分离出来的方法。
常用的膜材料包括聚合物膜和陶瓷膜等。
这些膜材料具有不同的透过性，可以选择性地透过二氧化碳分子，从而实现二氧化碳的分离。
膜分离法具有设备简单、操作方便的特点，但对二氧化碳的纯度要求较高。
三、二氧化碳的封存二氧化碳的封存是指将二氧化碳永久地储存起来，防止其进入大气中。
常用的二氧化碳封存方法包括地下封存和海洋封存等。
1.地下封存地下封存是一种将二氧化碳储存在地下深层岩石中的方法。
常用的地下封存方式包括地下注入和地下储存。
地下注入是将二氧化碳通过钻井注入地下岩石中，形成稳定的地下储层。
地下储存是将二氧化碳储存在天然气或石油储层中，利用岩石的孔隙和裂缝储存二氧化碳。
2.海洋封存海洋封存是一种将二氧化碳储存于海洋中的方法。
常用的海洋封存方式包括深海封存和海洋生物封存。
道路新型碳捕捉材料
道路新型碳捕捉材料随着全球气候变化和环境污染问题的日益严重，碳捕捉材料成为了一个备受关注的研究领域。
本文将介绍道路新型碳捕捉材料，主要包括以下方面：碳捕获剂、纳米碳管、活性炭、分子筛、碳捕捉剂喷涂技术、碳捕获剂喷涂设备、碳捕获剂生产工艺、碳捕获剂再生技术和碳捕获剂再生设备。
1.碳捕获剂碳捕获剂是一种能够捕捉二氧化碳的新型材料。
它具有高比表面积、高活性、低成本和良好的选择性等优点，可用于道路交通、发电厂、工业生产等领域。
碳捕获剂的生产工艺主要包括合成、活化、改性和应用等步骤。
2.纳米碳管纳米碳管是一种新型的碳材料，由石墨烯片层卷曲而成。
它具有高比表面积、高导电性、高强度、高温稳定性和化学稳定性等优点，可用于道路交通领域中的尾气处理和燃料电池等方面。
纳米碳管的生产工艺主要包括合成、分离、纯化和应用等步骤。
3.活性炭活性炭是一种广泛应用的多孔炭材料，具有高比表面积、高吸附性能和良好的化学稳定性等优点。
在道路交通领域，活性炭可用于汽车尾气处理和燃料电池等方面。
活性炭的生产工艺主要包括原料选择、炭化、活化和应用等步骤。
4.分子筛分子筛是一种新型的催化剂和吸附剂材料，具有高比表面积、高孔容、良好的离子交换性能和良好的热稳定性等优点。
在道路交通领域，分子筛可用于汽车尾气处理和燃料电池等方面。
分子筛的生产工艺主要包括合成、离子交换、干燥和活化等步骤。
5.碳捕捉剂喷涂技术碳捕捉剂喷涂技术是一种将碳捕捉剂喷涂在固体表面上的技术，用于捕获和固定二氧化碳。
在道路交通领域，该技术可用于汽车尾气处理和燃料电池等方面。
碳捕捉剂喷涂技术的生产工艺主要包括选择合适的喷涂设备、调制碳捕捉剂喷涂液、喷涂和干燥等步骤。
6.碳捕获剂喷涂设备碳捕获剂喷涂设备是一种专门用于喷涂碳捕捉剂的设备，具有高效、节能、环保等特点。
在道路交通领域，该设备可用于汽车尾气处理和燃料电池等方面。
碳捕获剂喷涂设备的生产工艺主要包括设备设计、制造、调试和检测等步骤。
碳捕集利用及封存材料
碳捕集利用及封存材料
一、碳捕集材料
碳捕集材料是用于从排放源捕集二氧化碳的专用材料。
这类材料一般具有高吸附容量、高机械强度、可再生利用等特性。
常见的碳捕集材料包括活性炭、分子筛、MOFs（金属有机骨架）等。
这些材料可以通过物理吸附或化学反应的方式，高效地捕集烟气中的二氧化碳，为后续的利用和封存提供基础。
二、利用材料
在捕集到的二氧化碳经过分离、纯化之后，便可以进行利用。
二氧化碳利用材料主要涉及两大领域：工业利用和化工合成。
在工业利用方面，二氧化碳可用于生产尿素、碳酸钠等化工原料，还可作为工业制冷剂、干冰等使用。
在化工合成方面，二氧化碳可用于合成甲醇、烃类等燃料以及乙烯、丙烯等化学品。
这些利用方式可以有效地减少二氧化碳排放，同时创造经济效益。
三、封存材料
二氧化碳封存材料主要是指能够将捕集到的二氧化碳进行长期安全封存的材料和介质。
这类材料一般应具备高容量、低成本、易运输和安全封存等特性。
目前常见的二氧化碳封存材料主要包括：地下岩层、深海地层、废弃矿井等。
这些地方具有较大的容积和适宜的物理化学条件，可以安全地长期封存二氧化碳，从而达到减缓全球气候变暖的目的。
总结来说，碳捕集利用及封存材料是应对气候变化的重要手段之
一。
通过对这些材料的深入研究与开发，不仅可以降低碳排放，减缓全球气候变暖趋势，同时也能推动相关产业的发展，创造经济效益。
化学中的CO2捕集与利用技术
化学中的CO2捕集与利用技术随着全球工业化的进程不断加快，人类的生活和工作产生的二氧化碳排放量也在高速增长，导致全球气候变化日益严峻。
因此，如何有效地减少CO2排放和利用CO2成为了当今社会亟需解决的问题。
化学中的CO2捕集与利用技术则成为了近年来一个研究热点。
一、CO2捕集技术CO2捕集技术可分为物理吸附捕集和化学吸收捕集两类。
物理吸附是指利用材料的孔隙结构直接吸附CO2，如后纳米多孔材料、金属有机框架材料和纳米碳管等，其适用于低浓度CO2的捕集。
化学吸收则是指通过反应的方式，将CO2和吸收剂反应得到固体或液态化合物。
一般利用碱液、酸液、碳酸盐或氨水等作为吸收剂进行反应，其中碳酸盐是最具研究和应用前景的一种吸收剂。
二、CO2利用技术CO2的利用技术包括化学转化、碳捕捉与存储和甲烷制氢。
其中化学转化是利用CO2作为碳源制备高附加值化学品的技术，如CO2与水反应得到碳酸氢盐，碳酸氢盐可进一步转化为氢、甲醇、丙酮等。
另外一种利用方式是通过CO2的还原制备化学品，如CO2和甲醇反应得到甲醛等。
三、CO2捕集与利用应用前景CO2捕集与利用技术应用前景很广泛。
首先应用于化工领域，可用于工业碳排放量的缩减和优化，通过CO2的转化和利用降低碳排放量。
此外，CO2捕集与利用技术还意义重大地对于清洁能源领域的发展，例如CO2可作为化学转化反应的碳源，制备氢能源，并可以利用甲烷制得氢气，从而可以为可再生能源的市场发展创造更好的条件。
总体而言，CO2捕集与利用技术的研究和应用势必会推动能源产业和生态环境的双重发展。
未来，随着技术的不断完善和应用的深入，CO2捕集与利用技术将更加成熟且广泛应用。
二氧化碳捕集项目工艺
二氧化碳捕集项目工艺二氧化碳捕集项目工艺是一项非常重要的环保领域研究，其目的是通过收集和储存CO2，控制大气中CO2的浓度，缓解气候变化的问题。
下面，我们将分步骤阐述二氧化碳捕集项目工艺。
第一步：气体捕集二氧化碳捕集项目工艺首先需要实现CO2的捕集。
一般而言，CO2的捕集方法包括物理吸附、化学吸收、膜分离和生物处理等多种途径。
其中，化学吸收法是目前应用最为广泛的方法，其主要原理是通过吸收剂和CO2的反应，将CO2从烟气中分离出来。
常用的吸收剂有氨、胺、碱性海盐与脂肪酸盐等。
第二步：净化气体进行气体捕集后，需要进一步将气体进行净化，去除其中的杂质和污染物，以减少后续的后期处理成本。
通常采用各种过滤器、催化剂、干燥剂等进行净化，其中最常用的方法是利用吸附剂和超滤膜来去除气流中的固体和液体颗粒。
第三步：冷却压缩经过净化的气体需要通过压缩冷却的方法进行处理。
这一步骤可以将气体压缩至约15个标准大气压并降温，从而将其转化为液态状态，以便于进行后续的储存和运输。
第四步：储存运输经过冷却压缩后的液态CO2需要进行储存和运输。
目前，液态CO2储存与运输有四种主要途径：通过管道输送、通过公路运输、通过铁路运输、以及通过海洋运输。
在储存过程中，需要特别注意储存场所的安全性和防火措施，以及注意CO2的持续监测和维护。
综上所述，二氧化碳捕集项目工艺是一个非常复杂的技术体系，需要高强度的技术支持和大量的研发投入。
尽管如此，它依旧是环保领域中最为重要的一环。
随着技术和环保意识的不断提高，相信在未来二氧化碳捕集项目工艺将得到更好的发展和完善。
co2捕集和利用技术
co2捕集和利用技术
CO2捕集和利用技术是指通过各种方法将二氧化碳（CO2）从工业排放、能源生产、燃烧过程等源头捕集，并将其转化为有用的产品或将其长期储存和利用的技术。
CO2捕集技术主要包括以下几种：
1. 吸附：利用吸附材料将CO2分离并捕集。
2. 吸收：通过将CO2溶解在溶液中来捕集CO2，常用的溶液
包括氨水等碱性溶液。
3. 燃烧后捕集：将CO2从燃烧产生的烟气中捕集。
CO2利用技术主要包括以下几种：
1. CO2转化为化学品：将CO2转化为石油、石化、化肥等产
品的原料，例如通过催化剂将CO2转化为甲醇。
2. CO2转化为燃料：将CO2与水或氢反应，产生甲烷或其他
可燃气体。
3. CO2储存：将捕集的CO2长期储存，通常将其注入地下储
层或岩石中。
CO2捕集和利用技术的发展具有重要的环境和经济意义。
通
过捕集和利用CO2，可以减少温室气体排放，减缓气候变化
的进程。
同时，将CO2转化为有用的产品能够创造经济价值，推动低碳经济的发展。
二氧化碳捕集与利用技术的研究与应用
二氧化碳捕集与利用技术的研究与应用二氧化碳（CO2）是一种无色、无味、稳定的气体，也是主要的温室气体之一，它的排放是导致气候变化的主要原因之一。
据联合国环境规划署（UNEP）的报告，二氧化碳排放的来源主要包括燃烧化石燃料、工业生产和土地利用变化。
为了减少温室气体的排放，各国正在积极推广减排措施。
其中，二氧化碳的捕集与利用技术被认为是一种可持续发展的解决方案。
一、二氧化碳的捕集技术1.化学吸收法化学吸收法是利用化学吸收剂吸收二氧化碳的一种捕集技术。
目前比较成熟的化学吸收法包括胺法、碱性氧化法、碳酸盐法等。
这些技术中，胺法是最常用的一种，它的原理是将空气中的二氧化碳经过混合和反应后，吸附到胺类物质中形成化合物。
这种方法操作简单，但胺类物质容易吸湿，需要再次加热蒸发，对能源要求较高。
2.物理吸附法物理吸附法是一种利用吸附材料吸附二氧化碳的技术。
吸附物质包括分子筛、活性炭、硅胶、氧化铝等。
由于这些材料具有高比表面积和高吸附容量，因此可以实现高效的CO2捕集。
除了高效外，物理吸附法不需要化学吸收剂，操作简单，不需要再加热脱附，因此节约了能源。
二、二氧化碳的利用技术1.化学利用化学利用是指利用二氧化碳进行化学反应，生成有用的物质。
目前较为成功的示范有二氧化碳与水反应产生甲酸、二氧化碳与氢气合成甲醇等。
这种方法可以将CO2转化为有机物或化学品，同时减少大气中的等温异构体浓度，具有非常重要的意义。
其实，化学利用一直是科学家们努力探索的方向，目前研究仍在不断深入。
2.生物利用生物利用是指将二氧化碳通过生物代谢变为有机物的技术。
该技术的原理是植物在光合作用过程中，将二氧化碳和水转化为有机物质（如葡萄糖）。
当然，比较实用而且先进的是将二氧化碳转化为生产食品、能源等的微生物技术。
这种方法被称为人工光合作用，利用微生物将二氧化碳转化为能源或化学品。
三、二氧化碳捕集与利用技术的应用二氧化碳捕集与利用技术的应用，是减缓气候变化过程、实现可持续发展的重要途径之一。
《CO2捕集技术》课件
C ixiC xi
i1
其中，
x
p g
exp
El RT
，
C
aa11g' exp
E1 El RT
对(9)式进行数学处理，即得
BET方程
n
Cx
(10)
nm (1x)(1xCx)
x
p g
exp
El RT
1
p0 g
exp
El RT
x
p p0
BET方程的线形形式
已经在化工、食品行业得到广泛应用
《CO2捕集技术》
第二章 CO2吸收分离技术
2.1 CO2吸收分离原理
CO2吸收分离法： CO2在溶液中的溶解度与混合气中 其他组分的溶解度不同。
CO2吸收分离法
物理吸收法 化学吸收法 物理-化学吸收法
《CO2捕集技术》
不循环
（吸收剂不再生）
循环
（吸收剂循环使用）
2.1.1 CO2物理吸收分离原理
3.醇胺法
分子含羟基（可使蒸汽压降低增加水溶性）、胺基（使水 溶液显碱性）与CO2反应机理相当复杂。吸收能力决定于 其碱性强弱。
《CO2捕集技术》
2.3 CO2化学吸收分离工艺设计
2.3.1 收集基础资料，明确设计目标
（1）基础资料收集：空间、位置、温度、压力； （2）明确任务：气体处理量、分离要求、操作温度、操作压力、物料腐蚀等。
3.1.2吸附热力学
吸附等温线类型及其形貌特征
吸附量 n
B B
吸附等温线反映吸附剂 表面性质、孔分布、吸 附剂质之间的相互作用
ngmuir方程（Ⅰ） 2.BET方程（Ⅱ、Ⅲ） 3.Kelvin方程（Ⅳ、Ⅴ）
相 对 压 力 p/p0
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物理负载容易造成孔隙结构的损失.
Refs：J. Am. Chem. Soc. 2012, 134,7056−7065; Environ. Sci. Technol. 2011, 45, 9101–9108 55 Environ. Sci. Technol. 2011, 45, 2420–2427
温室气体（CO2）捕集材料
王 涛
二氧化碳控制技术
CCS（Carbon Capture & Storage）
CCS主要技术路线
CO2捕集分离方法
CO2捕集分离
吸收技术 化学吸收
有机胺 氨水 氨基酸盐 离子液体
吸附技术 再生方式
变压吸附 变温吸附 变电吸附
低温分离
膜分离
微生物/其它
CO2吸收分离
沸石—Zeolites 一种碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物盐 由硅氧四面体和铝氧四面体组成。四面体只能以顶点相连， 即共用一个氧原子，而不能“边”或“面”相连。 具有骨架结构的微孔晶体材料 拥有强的吸附能力，能将比孔径小的分子通过孔道窗口吸 附到孔道内部，比孔径大的物质分子则排斥在孔道外面— “分子筛” 根据晶型和组成的硅铝比不同，通常可非为A、X、L、Y型 分子筛 到2012年，约有206种沸石结构被确定
劣势：
NH3与CO2的反应机理
氨水吸收再生CO2
氨水具有很好的吸收性能 以及较大的吸收容量
氨水与MEA吸收性能对比
氨水富液再生CO2的典型反应历程
离子液体
在室温及相邻温度下完全由离子组成的液体物质，其构成 的离子为有机阳离子和无机或有机的阴离子 与典型的有机溶剂不同，离子液体蒸汽压非常低，热稳定 性好—“绿色溶剂” CO2在离子液体中的溶解度比其他气体大的多 可设计成为带有特定末端或具有一系列特定性质的基团， 意味着它的性质可以通过对阳离子修饰或改变阴离子来进 行调节—”designer solvents” 可能会超过有
胺类化合物用于吸收CO2始于上世纪30年代，因为具有吸 收量大、吸收效果好、成本低、可循环利用等优点而得到 广泛应用 反应机理：首先是醇胺与CO2反应形成两性离子，然后此 两性离子将和胺发生去质子化过程生成氨基甲酸根 （Carbomate）离子 反应过程如下：
常用胺类吸收剂
有机胺结构
一级胺（伯胺）
良好的微孔特性 大比表面积 热稳定性高 高CO2吸附能力 较好的疏水性能 低成本
活性炭制备
物理活化
碳化过程：含碳的原料在缺氧的条件下，在600-900C温度 下进行热解碳化。通常在惰性气氛下，如N2、Ar气 活化过程：碳化后材料在氧化气氛下进行热处理活化，通常 温度在600-1200C，活化气氛有CO2或水蒸气
在与CO2反应时不会形成氨基甲酸根，其在吸收过程中扮演CO2水 解时的催化剂，被吸收的CO2形成碳酸氢根离子 RR’R”N+H20+CO2 ↔RR’R”NH++HCO3-
三级胺的CO2反应机理
化学吸收性能试验
0.36 kg/kg
MEA吸收CO2脱除率随时间变化
MEA吸收CO2溶液负荷随时间变化
MOFs
MOFs制备合成
MOFs的合成一般用两种方法：扩散法和溶剂（水）热法 扩散法
将金属盐、有机配体和溶剂按一定比例混合成溶液，放入一个小 玻璃瓶中 将小玻璃瓶置于一个加入去质子化溶剂的大瓶中，封住大瓶的瓶 口，然后静置一段时间即可有晶体生成 将反应物与有机胺、去离子水、乙醇和甲醇等溶剂混合，放入密 封容器中加热 温度一般100-200C 在自生压力下反应
活性炭外观形状
粉末状活性炭
颗粒状活性炭
活性炭海绵
柱状活性炭
蜂窝状活性炭
活性炭的原料
生物质原料
• 矿物质材料
– 煤 – 泥煤 – 沥青
木材 秸秆 坚果壳 果核 竹子
• 其他原料
– 兽骨 – 一些合成有机聚合物
木材
秸秆
核桃壳
煤粒
几乎所有的含碳的固体物质均可作活性炭原料
活性炭用于CO2吸附分离
Unreacted zone
FS-PEI T-PEI/silica HAS6 AEAPDMSNFC-FD MOFS RFAS Carbon Black
IV
Support
I: Boundary diffusion, II: Support diffusion III: Production diffusion, IV: Reaction
MOFs吸附CO2
MOFs吸附CO2
美国加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi实验室， SCIENCE VOL 319 15 FEBRUARY 2008
MOFs吸附CO2
MOFs具有很好的CO2吸附能力和选择性
CO2吸附性能
胺功能化吸附剂
受有机胺化学吸收的启发，有机胺表面改性多孔材料用于 CO2吸附 多孔材料有硅胶、聚酯类多孔材料以及分子筛类介孔材料 （如MCM系列、SBA系列和KIT系列）等—有序的的介孔、
规则的孔道
表面改性剂
利用吸收工艺中所用有机胺吸收剂
1992年，第一次将氨基改性材料应用于CO2的捕集分离
氨基改性方法
改性方法
嫁接法 Grafting 涂层法 Coating 浸渍法 Impregnation
利用材料表面的硅醇基和有机硅烷反应， 在材料表面形成大量的有机官能团
浸渍法改性
吸收前
吸收后
再生后
相变吸收剂吸收CO2性能
几种相变试剂与MEA的吸收性能比较
DMCA再生能耗与MEA再生能耗对比
相变吸收剂DMCA的再生能耗 相比MEA标准试剂下降约35%
氨水吸收剂（NH3溶液）
优点：
CO2吸收能力高，约是MEA溶液的3倍 良好的CO2吸收反应速率 较低的再生能耗 不存在腐蚀、氧化降解等问题 氨极易挥发，比较难控制氨的逃逸
化学吸收再生试验
再生过程中再生速率、温度变化图
再生过程中再生程度、溶液负荷变化图
吸收动力学性能测试
湿壁塔装置系统示意图
湿壁塔结构图
化学吸收剂吸收性能
40C条件下CO2吸收能力
MEA 溶液的CO2吸收速率
混合吸收剂性能
MEA+MDEA溶液脱除率随时间变化
MDEA+PZ溶液负荷随时间变化
有机胺材料的发展
有机胺材料的发展
工业上将醇的蒸汽和氨在0.8~3.5Mpa的压 力下通过加热到300~500的催化剂（氧化 铝、二氧化硅）而得到胺，产物为伯胺、 仲胺和叔胺的混合物，分离出所需要的某 一种胺后，剩余物再与原料一起继续循环 反应。 氨的烃化反应 ROH（乙醇）+ NH3 → RNH2 + H2O RX（卤代烷）+2R′NH2 → RR′NH+ [RR′NH2]X
活化前，原料用化学试剂浸渍，典型的化学试剂有磷酸、氢氧化 钾/钠、氯化锌等 浸渍化学试剂的原料在450-900C温度条件下进行活化处理。
化学活化
活性炭多孔性
活化过程中多孔性开发机理
开启原本蔽塞的孔隙 通过热解一些结构成分，建立新的空隙
扩展已有的空隙
碳材料CO2吸附性能
沸石分子筛
• 化学吸附：
吸附质分子与固体表面原子（或分子）发生电子的转移、交换或共有，形成吸 附化学键的吸附。
烟气CO2吸附过程工艺
富N2排气流
吸附剂 CO2产气
进气（烟气）
活性炭
黑色粉末状或颗粒状的无定形碳 活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素 活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之 间有细孔 多孔碳、堆积密度低 比表面积大，具有高度表面活性，吸附能力强 在国防、化工、石油、纺织、食品、医药、原子能工业、 城市建设、环境保护以及人类生活的各个方面都有着广泛 的用途
溶剂热法
对苯二甲酸
MOFs性质ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
“魔术固体”：由金属离子连接有机连接物构成的框架， 可轻易地修改 高度有序性：接点和连接物以有规律的阵列方式装配，空 隙尺寸和性能取决于金属和连接物的结合以及他们结合的 骨架结构 巨大的表面积：具有活性面积1500-4500m2/g。报道中发 现MOF-177材料具有惊人的表面积5640m2/g 很高的热稳定性：确保在较宽的温度范围内的使用
二级胺（仲胺）
三级胺（季胺）
液胺系统捕集吸收CO2反应顺序
醇胺吸收CO2反应机理
一、二级醇胺吸收剂的CO2反应机理
醇胺与CO2反应形成两性离子，然后两性离子将和胺反应生成氨 基甲酸根离子 反应机理 RR’NH+CO2↔RR’NCOORR’NH+RR’NH+COO- ↔RR’NCOO-+RR’NH2+ 总反应式为 2RR’NH+CO2 ↔ RR’NCOO-+RR’NH2+ 每摩尔醇胺最大的吸收能力为0.5摩尔CO2
吸附材料
炭基材料 沸石分子筛 胺功能化材料 MOFs 化学吸附剂
CO2膜减压再生 主要用于CO2捕 集分离的方法为 吸收和吸附技术
物理吸收
Selexol Rectisol
液体吸收剂 固体吸附剂 膜分离材料
化学吸收剂材料