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.     

不同结构活性炭对CO_2、CH_4、N_2及O_2的吸附分离性能

制备了比表面积为1943 m2/g的纯微孔活性炭AC-1和比表面积为1567 m2/g,中孔比例为47.18%的活性炭AC-2.分别以AC-1及AC-2为吸附剂测定CO2、CH4、N2和O2的298 K吸附等温线,考察了两种活性炭对CO2/N2、CO2/CH4及CH4/N2气体混合物的吸附分离性能.实验结果表明,孔结构是影响吸附剂吸附分离性能的主要因素.富中孔活性炭AC-2较AC-1更适用于CO2/N2、CO2/CH4气体混和物的吸附分离,而微孔活性炭AC-1对CH4/N2混合体系的吸附分离性能优于AC-2.     

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...     

N2/CH4在吸附剂上的动态吸附特性

对N2/CH4在11种不同商业吸附剂上的动态吸附行为进行了研究。通过吸附平衡、吸附热力学和吸附动力学分析了它们对N2/CH4的吸附分离特性,得到了N2和CH4在各吸附剂上的吸附平衡、吸附热力学和吸附动力学基础数据。通过Langmuir吸附模型和Freundlich吸附模型对N2和CH4在吸附剂上的吸附平衡数据进行线性拟合时发现,对于微孔性活性炭两种模型都能达到较好的拟合结果,而对非炭质吸附剂或非微孔性炭质吸附剂拟合结果并不理想;采用Gibbs方程计算得到的吸附剂对吸附N2和CH4的ΔG都小于0,说明所选吸附剂对N2和CH4的吸附都是自发的过程,对于炭质吸附剂吸附CH4的ΔG小于吸附N2的ΔG,说明炭质吸附剂对CH4的吸附能力较N2要大,且CH4/N2的分离系数与吸附剂对吸附CH4和N2的ΔG差值之间也存在相关性;CH4/N2在AC1上的吸附行为符合准二级动力学模型,说明CH4在吸附剂AC1上的吸附行为由表面吸附过程控制。     

CO2/CH4在活性炭上吸附与分离的分子模拟

Monte Carlo 模拟(GCMC)研究了CO2和CH4在活性炭中的吸附情况.氢气和二氧化碳分子被模拟作Kennard-Jones球体,活性炭用一个裂缝气孔模型代替.研究了压力、温度、孔径活性炭对CO2(以CH4为基准)的选择性的影响.结果表明,低压、低温、孔径越小,选择性越大,即对分离CO2和CH4有利;233 K、孔径为2.29 nm以及低压下选择性达到10,此时分离效果较好.     

煤层气在活性炭和炭分子筛上变压吸附分离

变压吸附分离是有效的气体分离提纯方法,采用合适的吸附剂可对煤层气(CH4/N2混合气体)进行高效分离,节约能耗。在单床吸附装置上测量了CH4/N2混合气体在3种活性炭和4种炭分子筛吸附柱上的穿透曲线,并进行实验研究再生条件对吸附剂分离性能的影响。实验结果表明,7种吸附剂均对CH4/N2混合气具有一定程度的分离能力,且高温真空再生后吸附效果更好;但仍需开发出更有效的吸附剂。     

CO_2/CH_4在活性炭上吸附与分离的分子模拟

Monte Carlo模拟（GCMC）研究了CO2和CH4在活性炭中的吸附情况。氢气和二氧化碳分子被模拟作Ken-nard-Jones球体,活性炭用一个裂缝气孔模型代替。研究了压力、温度、孔径活性炭对CO2（以CH4为基准）的选择性的影响。结果表明,低压、低温、孔径越小,选择性越大,即对分离CO2和CH4有利;233 K、孔径为2.29 nm以及低压下选择性达到10,此时分离效果较好。     

基于沸石ZSM-5的CH_4/N_2/CO_2二元体系吸附平衡

采用Rubotherm磁悬浮天平测量CH4、N2和CO2在沸石ZSM-5上的单组分吸附平衡等温线,温度273~353K,压力0~500 kPa。采用Sips模型、Toth模型和MSL模型对单组分吸附平衡实验数据进行拟合,拟合结果良好,非线性回归得到相应的模型参数。测量双组分CO2/N2、CO2/CH4和CH4/N2在沸石ZSM-5上的竞争吸附平衡等温线,实验温度为293 K,实验压力为0~500 kPa。采用基于Sips模型的理想吸附溶液理论和双组分MSL模型预测双组分气体在沸石ZSM-5上的竞争吸附平衡等温线,并与实验结果进行比较,预测结果良好。比较CO2/N2、CO2/CH4以及CH4/N2体系在沸石ZSM-5上的竞争吸附选择性系数,探究沸石ZSM-5吸附分离烟道气(CO2/N2体系)、垃圾填埋气(CO2/CH4体系)或煤层气(CH4/N2体系)的可行性,为将来进行工艺设计提供基础数据。     

核桃壳活性炭炭化条件及其对CH_4/N_2分离的影响

研究不同炭化条件对核桃壳活性炭的孔隙结构及表面化学性质的影响,探讨其与CH4/N2吸附分离性能的关系。利用N2吸附等温线、FT-IR和Boehm滴定法测定活性炭的孔结构与表面化学性质,扫描电镜分析形貌结构,ASAP2020M型物理吸附仪测定活性炭对CH4/N2等温吸附线。结果表明,炭化温度250℃、炭化时间60 min时,制备所得活性炭AC-T250具有较大BET比表面积(1 786.68 m2/g)、微孔孔容(0.534 cm3/g),以及较大表面总碱量,使其对CH4吸附量提高,在100 k Pa,298 K时CH4吸附量达1.2185 mmol/g。     

新型真空变压吸附法模拟分离N_2/CH_4/CO_2

依据活性炭对各组分吸附选择性差异,提出一种新型真空变压吸附(VPSA)工艺,可以在N2/CH4/CO2的三组分体系中富集CH4,该方法在传统的重组分提浓工序中加入了CH4和CO2产品气置换步骤,适用于对含低浓度CO2的煤层气甲烷富集。利用Aspen Adsorption软件对该过程进行模拟。原料气假设为体积分数9%CH4/6%CO2/85%N2,活性炭吸附剂对N2/CH4/CO2分离因子为1/4.15/10.62。在进料温度为298 K,吸附压力为0.6 MPa,解吸压力为-0.08 MPa条件下,运行稳态后能够将甲烷浓缩到体积分数77.172%,回收率高达97.923%。同时,CH4在轻重尾气中的体积分数分别仅为0.224%和0.673%。     

煤基碳分子筛的制备及CH4/N2分离性能研究

以煤为原料,通过气相碳沉积法制备了CH4/N2变压吸附分离用碳分子筛,研究了苯沉积量对碳分子筛吸附性能的影响。用液氮吸附（77 K）、扫描电镜对碳分子筛孔结构及表面形貌进行了表征,结果表明：制备的碳分子筛（CMS-1）平衡分离系数大于5,比表面积SBET=251.5 m2/g,微孔孔容Vm=0.1178 mL/g,孔径主要分布在0.35~2 nm,能满足CH4/N2变压吸附分离要求。     

咖啡渣活性炭的制备、表征及其对Cr(Ⅵ)的吸附机制研究

以碘吸附值为评价指标,活化时间、活化温度和浸渍比为影响因素,采用响应面法试验设计对磷酸活化法制备咖啡渣活性炭的工艺条件进行优化,并通过静态吸附试验研究了不同吸附时间、溶液pH值和吸附温度条件下,活性炭对水溶液中Cr（Ⅵ）吸附性能的影响,最后利用Langmuir、Freundlich吸附等温方程、准一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内部扩散方程进行拟合。试验结果表明,制备咖啡渣活性炭的最佳工艺条件为活化时间1 h、活化温度498℃、浸渍比1.72;在此条件下活性炭得率为30.4%,碘吸附值为（799±16）mg/g,比表面积为1 006 m²/g,孔容为0.779 cm³/g、微孔孔容为0.051 cm³/g、平均孔径为3.088 nm。较低pH值和较高温度能够促进活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附;Langmuir等温方程能够更好地描述活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附效果;活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附分3个阶段：快速吸附阶段、慢速吸附阶段和吸附平衡阶段,10 min内可完成吸附总量的79%,360 min内达到吸附平衡,该吸附过程符合准二级吸附动力学方程。分析表明咖啡渣活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附主要为单分子层的化学吸附。     

甲烷、乙烷、丙烷和丁烷在中孔活性炭上的吸附平衡

以活性炭AC1为吸附剂,在体积法实验装置上分别测定了其对甲烷、乙烷、丙烷和丁烷4种气体的吸附等温线,吸附温度分别为283、293、303和313 K。利用77 K吸附氮气数据表征AC1,得到其比表面积为956 m²·g^-1,孔体积为1.36 mL·g^-1,孔径分布在1~5 nm,中孔的比例达到了61%。AC1对4种气体的吸附等温线均为I型等温线,分别采用Langmuir方程和Langmuir-Freundlich方程(简称L-F方程)对吸附平衡数据进行拟合,结果表明,L-F方程具有更好的拟合效果,为后序的多组分吸附平衡研究提供了基础数据。AC1对乙烷/丙烷的吸附平衡选择性系数在1.7~2.5,吸附选择性随吸附压力的增大而减小,吸附温度对吸附选择性无明显影响。     

Adsorption separation of CO2, CH4 and N2 on β-zeolite with different SiO2/Al2O3 ratios

采用体积法在273 K和303 K温度下对CO2、CH4和N2在不同硅/铝比的β沸石上的吸附分离性能进行了研究。实验结果表明,Langmuir-Freundlich模型能够较好地拟合吸附实验数据;同一样品上,CO2的吸附量要大于CH4和N2的吸附量;随着硅铝比的减小CO2的吸附量增加,而硅/铝比对CH4和N2的吸附量的影响较小。通过结合Virial方程计算CO2、CH4和N2在不同硅/铝比β沸石上的亨利定律常数和吸附选择性,发现所研究样品对CO2/CH4和CO2/N2均具有很高的吸附选择性,随着样品硅/铝比的减小,CO2/CH4和CO2/N2的吸附选择性显著增加,说明较低硅/铝比β沸石有利于分离CO2。用Clausius-Clapeyron方程求得CO2、CH4和N2在不同硅/铝比的β沸石上的吸附热与吸附量无关,表明β沸石是一种表面势场均匀的吸附剂。     

改性竹炭对4-硝基苯酚的吸附行为研究

采用硝酸对竹炭进行改性,考察了改性竹炭对水溶液中4-硝基苯酚的吸附热力学和动力学特性。结果表明,与原竹炭相比,硝酸改性竹炭的比表面积、孔容及对4-硝基苯酚的吸附量显著提高。在实验条件下,动力学过程用二级吸附动力学模拟具有很好的线性相关性,通过二级吸附模型计算出的平衡吸附量与实验值相符。改性竹炭对4-硝基苯酚的吸附行为可用Langmuir和Freundlich等温式进行描述,相关性都较好,但更符合Langmuir公式。求得热力学参数ΔH=28.36 kJ/mol,ΔS=168.88 J/(K.mol),ΔG分别为-19.41(10℃)、-22.86(30℃)、-26.16(50℃)kJ/mol,表明改性竹炭对4-硝基苯酚的吸附是吸热、自发的过程,以物理吸附为主。     

Comparisons of pore properties and adsorption performance of KOH-activated and steam-activated carbons

Carbonaceous adsorbents with controllable pore sizes derived from carbonized pistachio shells (i.e., char) were prepared by the KOH activation and steam activation methods in this work. The pore properties including the BET surface area, pore volume, pore size distribution, and pore diameter of these activated carbons were characterized by the t-plot method based on N₂ adsorption isotherms. Through varying the KOH/char ratios from 0.5 to 3, the KOH-activated carbons exhibited BET surface areas ranging from 731 to 1687 m²/g with a similar micropore content (80–92%). The carbons activated by steam at 830 °C for 2 h had a BET surface area of 821 m²/g with the micropore content of 42%. The micropore/total pore volume ratio (V_micro/V_pore) and average pore size (D_pore) were independent of the KOH/char ratio, revealing that KOH activation is a powerful method in developing and controlling the number of micropores with a very similar pore size distribution. The adsorption equilibria and kinetics of methylene blue, basic brown 1, acid blue 74, 2,4-dichlorophenol, 4-chlorophenol, and phenol from water on all activated carbons at 30 °C were investigated to demonstrate the fact that adsorption of organics is not only dependent upon the BET surface area but is also determined by the relative size between pores and molecules. The adsorption isotherms were subjected to the model fitting according to Langmuir and Freudlich equations. By comparing the projected area of adsorbates, the surface coverage of phenols is about 3.6 times of that of dyes (based on unit gram of activated carbon). The Elovich equation was found to suitably describe the adsorption process of all KOH-activated carbons while the adsorption behavior on the steam-activated carbon was reasonably fitted with the intraparticle diffusion model.     

二苯并呋喃在活性炭上的吸附相平衡和动力学

The adsorption of dibenzofuran on three commercial granular activated carbons （ACs） was investigated by dynamic experiment to correlate the adsorption equilibrium and kinetics with the structure of activated carbons. Physical properties including surface area, average pore diameter, micropore area and micropore volume of the activated carbons were characterized by N2 adsorption experiment on ASAP2010. To calculate the adsorption parameters, adsorption isotherm data were fitted to the Langmuir equation, and adsorption kinetic data were fitted to the linear driving force （LDF） diffusion model. From the correlation results, it is concluded that the adsorption equilibrium and diffusion coefficient of dibenzofuran on activated carbon are controlled respectively by the total adsorbent surface area and the adsorbent pore diameter.     

改性海泡石对亚甲基蓝的吸附性能

对海泡石进行了硫酸改性、高温改性、硫酸/高温改性,以亚甲基蓝为吸附对象,研究了改性方法对海泡石吸附性能的影响,对各改性海泡石进行了孔径、孔体积等表征. 结果表明,3种改性方法中,硫酸/高温改性对海泡石吸附性能的提高效果最好,吸附量比改性前提高47.8%,达41 mg/g,吸附等温线符合Langmuir方程. 硫酸/高温复合改性后的海泡石平均孔径达9.74 nm,孔体积达7.064′10-2 cm3/g,分别提高117%和92.6%. 对改性海泡石对亚甲基兰的吸附机理进行了探讨.     

Effect of pore size on CH4/N2 separation using activated carbon

In this paper, a model of activated carbon was established by molecular simulation and the separation performance of N_2 and CH_4 on activated carbon was studied. In order to evaluate the adsorption selectivity and diffusion selectivity of N_2 and CH_4, Grand Canonical Monte Carlo and molecular dynamic methods were used to obtain equilibrium adsorption isotherms and mean square displacements of N_2 and CH_4 on activated carbon with different pore sizes. Research results showed that the difference in adsorption isosteric heat of N_2 and CH_4 at the pore size of 0.46 nm is the largest, which is 5.759 and 7.03 kcal·mol~(-1)(1 cal=4.184 J), respectively. Activated carbon with pore size of 0.46 nm has the best N_2 and CH_4 adsorption selectivity, while its diffusion selectivity is not obvious.