吸附分离CH4/N2可行性研究

The separation between methane and nitrogen is an inevitable and important task in the C1 chemical technology and the utilization of methane from coalbed, yet it is considered to be one of the tough tasks in the field of separation. Pressure swing adsorption is a preferable technology if an adsorbent that allowing a large coefficient of separation for the CH4/N2 system is available. The separation coefficients between CH4 and N2 were obtained on analyzing the breakthrough curves measured experimentally with nine adsorbents. A technique of measuring the temperature-pulse was incorporated in the experiments, and the reliability of the result was improved. Superactivated carbon with large surface area and plenty of micropores was shown to have the largest separation coefficient and to be promising for the commercial utilization.     

温压耦合特性对吸附制冷解吸性能的影响

在太阳能吸附制冷循环解吸过程中传质性能受到非稳定热源温度的限制,而压力调节可作为强化传质的有效补偿手段。通过构建活性炭-甲醇工质对的恒温解吸理论模型给出了解吸率、解吸速率的表达式,对变压强化传质效果进行计算,揭示了温度与压力变化对解吸率的影响规律。计算结果显示系统压力降低10 k Pa可等效于热源温度升高了6~8℃。搭建了以活性炭-甲醇为工质对的吸附单元管吸附制冷平台,实验结果显示当解吸温度分别为90、100和110℃时,系统压力降低14 k Pa后,解吸率分别提高了20.5%、15.1%和12.1%,平均解吸速率分别提高了49.3%、44.6%和37.1%,与理论计算吻合较好。得出了温度与压力对解吸性能影响的耦合关系,并对实际太阳能吸附制冷系统变压解吸方法给出建议。     

水体扰动对三峡库区泥沙磷吸附解吸特性的影响

选取三峡库区上游寸滩河段泥沙,研究在不同水体扰动强度下三峡库区泥沙对磷的吸附解吸特性。结果表明,泥沙对磷的吸附可分为快速和慢速两个阶段,符合准二级动力学模型,Langmuir能较好地描述三峡库区泥沙对磷的等温吸附行为。单位质量泥沙对磷的吸附量随着扰动强度增大而增大,250 r/min转速下单位质量泥沙对磷的平衡吸附量是静置(0 r/min)条件下的1.39倍。饱和吸附磷的污染泥沙对磷的解吸动力学过程也分为快、慢两个阶段,符合准二级动力学模型,在中等、较强强度的扰动下,污染泥沙对磷的解吸随着扰动强度增强而增加,但当扰动强度较小时(如100 r/min),泥沙对磷解吸量与静置时相近,说明泥沙对磷的吸附有一定的稳定性。     

温压耦合特性对吸附制冷解吸性能的影响

在太阳能吸附制冷循环解吸过程中传质性能受到非稳定热源温度的限制,而压力调节可作为强化传质的有效补偿手段。通过构建活性炭-甲醇工质对的恒温解吸理论模型给出了解吸率、解吸速率的表达式,对变压强化传质效果进行计算,揭示了温度与压力变化对解吸率的影响规律。计算结果显示系统压力降低10 kPa可等效于热源温度升高了6～8℃。搭建了以活性炭-甲醇为工质对的吸附单元管吸附制冷平台,实验结果显示当解吸温度分别为90、100和110℃时,系统压力降低14 kPa后,解吸率分别提高了20.5%、15.1%和12.1%,平均解吸速率分别提高了49.3%、44.6%和37.1%,与理论计算吻合较好。得出了温度与压力对解吸性能影响的耦合关系,并对实际太阳能吸附制冷系统变压解吸方法给出建议。     

炭分子筛CH4/N2吸附分离

煤层气(CBM)是一种非常规天然气。在中国,煤层气在抽采出来时常混有空气。考虑到安全因素,氧气首先应该被去除。之后,煤层气利用的最重要步骤则是甲烷-氮气混合气体的甲烷高效提浓。本文搭建了双床变压吸附(PSA)装置,选择特定的炭分子筛(CMS)进行CH₄/N₂混合物分离实验研究。由于CMS的动力学吸附特性,氮被吸附在CMS上,带有一定压力的甲烷则连续输出。研究了吸附压力、进气速度和循环周期等因素对吸附过程整体性能的影响。从50% CH₄/50% N₂的原料气可以获得95.45%纯度的甲烷产品,而从30% CH₄/70% N₂的原料气可以获得94.89%纯度的甲烷产品。研究表明,以上3个参数都对分离性能有影响,其中后两者的影响更大。在较低吸附压力和较低进气速度时更容易获得纯度90%以上的甲烷产品。另外,循环周期越短,获得的甲烷纯度越高。     

长三角地区4种典型土壤对Zn吸附-解吸的特性

选择长三角地区具有代表性的4种土壤,采用不同浓度的外源Zn溶液进行吸附,用模拟雨水作为解吸剂,研究4种土壤对Zn的吸附-解吸特性,以及Zn的连续解吸特性.结果表明:4种土壤对Zn的吸附量均随吸附平衡浓度的增大而增加,且吸附量与土壤的pH正相关;吸附等温线可以用Freund lich方程和Temkin方程来描述.由Langmu ir方程求得的4种土壤的最大吸附量的大小顺序为:q(青紫泥)>q(滩潮土)>q(乌黄土)>q(黄泥沙田).最大缓冲容量的顺序为:MBC(滩潮土)>MBC(乌黄土)>MBC(青紫泥)>MBC(黄泥沙田).4种土壤对Zn的解吸量均随着解吸平衡浓度的增大而线性增加.连续解吸可提高土壤对Zn的解吸率,但连续解吸数次后,解吸过程趋于稳定.     

多盐复合吸附剂的非平衡吸附/解吸特性

以膨胀硫化石墨为基质,制备了新型氯化铵/氯化钙/氯化锰/膨胀硫化石墨复合吸附剂,并测试了其在非平衡条件下的吸附/解吸特性。在与3种单盐各自的Clapeyron反应平衡曲线的比较中发现,该多盐复合吸附剂同时具备这3种单盐的特性,却存在一定的差异。在非平衡条件下的吸附/解吸特性曲线测试过程中发现,该多盐复合吸附剂具备这3种金属氯化物各自的一些性质,却不存在金属氯化物-氨络合过程中普遍存在的吸附滞后现象。在实验的基础上计算和比较了使用不同吸附剂的单级间歇式吸附制冷循环的COP和SCP。结果证明多盐复合吸附剂的性能优于单盐吸附剂。     

多盐复合吸附剂的非平衡吸附/解吸特性

以膨胀硫化石墨为基质,制备了新型氯化铵/氯化钙/氯化锰/膨胀硫化石墨复合吸附剂,并测试了其在非平衡条件下的吸附/解吸特性。在与3种单盐各自的Clapeyron反应平衡曲线的比较中发现,该多盐复合吸附剂同时具备这3种单盐的特性,却存在一定的差异。在非平衡条件下的吸附/解吸特性曲线测试过程中发现,该多盐复合吸附剂具备这3种金属氯化物各自的一些性质,却不存在金属氯化物-氨络合过程中普遍存在的吸附滞后现象。在实验的基础上计算和比较了使用不同吸附剂的单级间歇式吸附制冷循环的COP和SCP。结果证明多盐复合吸附剂的性能优于单盐吸附剂。     

尺寸效应影响的页岩吸附CH4试验研究

目前开展页岩中CH4吸附量的试验研究多采用毫米级以下的粉状页岩,而采用块状页岩及考虑尺寸效应影响的页岩吸附CH4研究较少.为此,利用自主研发的气体吸附解吸试验系统,开展考虑尺寸效应、吸附压力和温度对页岩中CH4吸附量影响规律研究.试验结果表明:页岩对CH4的吸附量随压力的升高而增大,随温度的升高CH4吸附量逐渐减小;随着页岩试件块度的减小,在每个测量点页岩对CH4的吸附量平均增长6～7倍以上.粉状页岩CH4的吸附量大于块状页岩CH4的吸附量.结论 认为,页岩对CH4的吸附平衡时间受尺寸效应影响,试件的块度越大,其达到吸附平衡的时间越长;粉状页岩试件具有更多的高能吸附位暴露在其表面,致使吸附速率增加;尺寸效应对页岩吸附CH4的影响远大于温度的影响;较低吸附压力条件下,尺寸效应不会影响页岩吸附CH4曲线类型.     

ZIF-8/乙二醇-水浆液吸收-吸附CH4/H2和CH4/N2

为了有效地捕集焦炉气及煤层气中的甲烷,提出了一种新型捕集技术:吸收-吸附组合方法,该方法通过把ZIF-8分散到乙二醇水溶液中形成悬浮浆液,实现对甲烷组分的捕集。首先测定了甲烷、氮气和氢气在浆液中的吸收-吸附容量,得出吸着量大小的顺序为CH₄> N₂> H₂,然后对CH₄/H₂和CH₄/N₂的混合气进行吸着平衡研究,发现浆液均能有选择性地吸着甲烷。对浆液中回收的ZIF-8材料进行XRD表征,分析证明在整个吸着过程中ZIF-8结构没有发生变化并且ZIF-8/乙二醇-水浆液能重复利用。     

煤对超临界甲烷的吸附与解吸特性研究

研究了晋城和潞安煤对超临界 CH4的吸附与解吸特性 ,利用 SPSS软件对 Lang-muir,BET,D- R和 D- A四个模型对煤 CH4吸附和解吸实验数据进行拟合 ,并分别检验了实验数据的拟合程度 .结果表明 :煤吸附和解吸过程并不可逆 ,煤解吸 CH4时的吸附量要比煤吸附 CH4时的吸附量高 ;这些模型对煤吸附和解吸过程中的吸附 CH4实验数据都具有较好的拟合 ,D- A提供了最好的拟合 ,Langmuir的拟合度最差 ;各模型对解吸数据的拟合度要比吸附数据的拟合度好 .     

无烟煤所制活性炭对CH4/N2的分离特性

以无烟煤为原料,采用预氧化-炭化-水蒸气活化法制备颗粒活性炭,用其变压吸附分离CH4/N2,以重量法测定了298 K下N2和CH4单组分及双组分气体在活性炭上的等温吸附曲线,并对活性炭的结构和表面性质进行了表征. 结果表明,以所制活性炭为吸附剂,采用单柱单循环变压吸附过程可将CH4/N2中CH4浓度最高提升30.7%(j). 所制活性炭孔结构以微孔为主且表面具有较多含氧官能团,对CH4/N2的分离效果较好,吸附选择性系数达3.4.     

长江三角洲地区冲积物母质土壤对锌的吸附-解吸特性

研究长江三角洲地区冲积物母质土壤的表层土、心层土对锌的吸附-解吸特性.结果表明:土壤对锌的吸附量均随吸附平衡浓度的增大而增大,土壤的吸附能力与pH、有机质含量相关.吸附动力学曲线可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,最大缓冲容量(MBC)、Freundlich方程中的常数K′可以作为土壤对重金属离子吸附作用强弱的指标,反映了土壤对锌吸持能力的强弱.     

不同改良材料对铜的吸附-解吸特性研究

<正>用一次平衡实验法进行腐植酸、草炭、绿化植物废弃物、活化绿化植物废弃物和上海灰潮土对C u2+吸附解吸特性的研究。结果表明:在相同p H条件下,所有材料对C u2+的吸附量随平衡液中C u2+浓度的增加而增大,其等温吸附曲线均能较好地用Langmuir方程和Freundlich方程进行拟合。C u2+初始浓度较小时,绿化植物废弃物、活化绿化植物废弃物和草炭对Cu2+的吸附量不受p H的影响;Cu2+初始浓度较大时,供试材料对Cu2+吸     

一维直孔道MOFs对CH4/N2和CO2/CH4的分离

非常规天然气未来可以作为常规天然气的有效补充,其中低浓度煤层气和生物质燃气分别需要脱除大量的N₂ 和CO₂以达到富集和纯化CH₄的目的。本研究针对CH₄/N₂这一对较难分离的气体组合,选取了具有一维菱形孔道的MOFs材料Cu(INA)₂作为吸附剂,将合成的样品做了XRD和TG表征,测试了纯气体CO₂、CH₄和N₂的吸附曲线,利用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)分子模拟和理想吸附溶液理论(IAST)计算了气体的吸附热和该材料对于CH₄/N₂和CO₂/CH₄的吸附选择性系数;3 MPa压力下制备的颗粒样品填装吸附分离装置,进行了混合气体CH₄/N₂ (50%/50%)和CO₂/CH₄ (50%/50%)的穿透试验,分离的结果显示,Cu(INA)₂不仅高选择性地吸附CH₄/N₂混合物中的CH₄(S_CH4/N2=10),而且对CH₄/N₂的分离效果优于CO₂/CH₄。     

MER型沸石吸附分离CO2/CH4的分子模拟

MER型沸石在吸附分离CO₂/CH₄方面展现出良好的工业应用前景,受到广泛关注,但还缺乏理论基础数据。本文采用巨正则蒙特卡洛（GCMC）模拟方法,以全硅MER型沸石作为对照,模拟分析了CO₂/CH₄在Na⁺、K⁺、Cs⁺和Ca²⁺交换的MER型沸石中的吸附分离行为。结果表明：不同阳离子交换的MER型沸石对CO₂和CH₄的吸附符合Langmuir-Freundlich吸附等温线模型,平衡吸附量的大小顺序为：Ca-MER＞Na-MER＞K-MER＞Cs-MER,与沸石的自由体积和比表面积大小顺序一致,且近似成线性关系,选用高价阳离子MER型沸石可以提高吸附量;CO₂和CH₄主要分布在沸石的pau笼中,在d8R笼和ste笼中也有少量分布;骨架外阳离子与CO₂的强吸附作用和独特的八元环窗口孔径是MER型沸石对CO₂/CH₄混合组分表现出超高吸附选择性的原因,吸附选择性高达1000以上。综合吸附量、吸附热和吸附选择性分析指出,Na-MER和K-MER型沸石是优良的CO₂吸附剂。本研究为MER型沸石吸附分离CO₂/CH₄提供了理论依据和实验指导。     

AC/X-G吸附剂的制备及CH4/N2吸附分离性能

采用浓度为0.2g·ml^-1的葡萄糖溶液对13X沸石/活性炭复合材料(AC/X)进行碳沉积,研究沉积次数对复合吸附剂(AC/X-G)孔结构、表面性质和CH₄/N₂吸附分离性能的影响。通过X射线衍射,77K下的N₂吸附/脱附,扫描电镜,CO₂-TPD以及红外光谱表征样品的晶型、孔结构和表面性质,在298K、100kPa下对其CH₄和N₂吸附等温线进行测定,并将吸附结果与文献中碳材料和13X沸石的吸附性能进行比较。结果表明:随着沉积次数的增加,AC/X-G吸附剂中X型沸石的相对含量降低,微孔比表面积和微孔体积减少。AC/X-G的表面被碳膜覆盖,碱量降低,但出现强碱位和含氧基团C-O键。AC/X-G的CH₄和N₂吸附量下降,但吸附分离系数提高,沉积3次的样品AC/X-G-3的CH₄/N₂吸附分离系数达到3.0,表面的含氧基团有利于提高复合材料的CH₄/N₂吸附分离性能。     

碳纳米管对水体重金属污染物的吸附/解吸性能研究进展

详细阐述了碳纳米管(CNTs)对水体中和重金属离子的吸附/解吸影响因素和吸附机理,展望了碳纳米管在环境治理方面应用前景。     

基于生物质活性炭对煤层气中CH4/N2的吸附分离性能研究

为了制得性能良好的吸附剂材料,本实验以氢氧化钾为活化剂,改用山楂树枝为碳源并通过一步炭化法制备得到用于分离CH4、N2的活性炭材料,以期提高对CH4/N2吸附分离性能.实验过程中通过考察不同KOH浓度对活性炭孔结构、表面性质及CH4/N2吸附分离性能的影响,并结合一系列表征手段探究样品对CH4/N2吸附分离性能的影响因...