活性炭的微孔结构对其选择性吸附CH4/N2混合气中CH4的影响

活性炭因其具有较高的选择吸附性和吸附容量已被广泛应用于CH₄/N₂的吸附分离研究,影响活性炭选择吸附性和吸附容量的主要物理参数之一是其微孔结构,准确地表征活性炭的微孔结构并阐明其与活性炭选择性吸附CH₄/N₂混合气中CH₄的内在联系至关重要。为此,结合常温气体吸附法和分子探针技术,采用吸液驱气法表征了6种活性炭的微孔孔径分布,结合动态法测量得到CH₄/N₂分离因子,并借此分析了活性炭的微孔结构对其选择性吸附CH₄/N₂混合气中CH₄的影响。结果表明：①与77 K条件下N₂吸附法测试结果相比,吸液驱气法能够测量到活性炭中更小尺寸的孔;②活性炭样品微孔孔径分布不同,其CH₄/N₂分离因子也不相同;③活性炭孔径小于0.48 nm的微孔对其选择性吸附混合气CH₄/N₂中的CH₄起着非常重要的作用。结论认为,吸液驱气法可为研发吸附分离CH₄/N₂的吸附剂提供更为准确的基础数据。     

CO2吸附材料的研究进展

介绍了活性炭、沸石分子筛、金属氧化物、金属有机骨架材料(MOFs)、纤维、硅胶、多孔有机聚合物等CO₂吸附材料的研究近况。活性炭材料具有巨大的比表面积，且价格低廉、制备简单，长期以来一直都备受关注。沸石分子筛同样具有大的比表面积，且离子交换性能导致孔径大小与吸附性能可调。金属氧化物具有碱性可对CO₂进行化学吸附，具有吸附容量高、操作技术简单等优点。MOFs作为一种新兴的吸附材料，具有结构与功能多样性的特点，拥有广大的应用前景。纤维、硅胶及多孔有机聚合物等其他的吸附材料具有结构稳定性强、活性高及吸附速率快等特点。     

活性炭制备条件与天然气脱附量的关系

以石油焦为原料、KOH为活化剂，在不同的活化条件下制得了系列超高比表面积活性炭(S_BET＞2500 m²·g^-1) 吸附剂，以天然气作为吸附质研究了制备活性炭吸附剂的活化条件与天然气脱附量的关系。结果表明，制备超高比表面积活性炭吸附剂的活化条件对吸附剂的结构及其吸附储存天然气的能力具有较大的影响；在KOH/C质量比为3.0、活化时间为90 min、活化温度为800 ℃时，制得了比表面积达3348 m²·g^-1、大于或等于2 nm的孔所占的百分率为65.34%的超高比表面积活性炭；该活性炭吸附剂在25 ℃、2.5 MPa及8.0 MPa时，天然气脱附量分别达460.7 mL·g^-1、1043.8 mL·g^-1。     

修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩孔隙特征

通过孔隙度实验、低温N₂吸附法和CO₂吸附法,对修武盆地RDZ01井下寒武统荷塘组页岩孔隙发育特征进行定量表征,结合总有机碳含量、矿物组成及有机质的热演化程度,讨论孔隙发育特征主控因素。结果表明：孔隙形态以楔形孔为主,并发育墨水瓶形孔及狭缝形孔。页岩孔隙度为1.24%~2.91%,具低孔隙度特征;微孔、中孔和大孔3类孔隙分别占总孔体积的35.45%、44.54%和20.01%。页岩总孔体积为5.33×10^-3 ~20.10×10^-3 cm³/g,其中低温N₂吸附法和CO₂吸附法平均孔体积分别为7.40×10^-3 cm³/g和2.24×10^-3 cm³/g;总比表面积为7.62~17.84 m²/g,其中低温N₂吸附法和CO₂吸附法平均比表面积分别为5.23 m²/g和7.41 m²/g。孔径分布的主峰值小于10.00 nm,微孔的结构复杂,0.30~0.70 nm的孔隙较为发育,大的比表面积为页岩气提供更多的吸附位。总有机碳含量是微孔发育的主控因素,同时促进中孔发育,对大孔的影响较弱;黏土矿物增多会降低页岩的孔隙度;高石英含量为总孔体积和总比表面积增大的有利因素。修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩和鄂西地区下侏罗统自流井组页岩储集层特征相似,呈现良好的储集能力。     

高温烟气活化生物炭制备活性炭及其Cu2+吸附性能

开发农林废弃生物质高效清洁制备活性炭技术，对于中国实现双碳战略具有重大意义。农林废弃生物质快速热解生成大量生物炭，如何低成本、规模化地将生物炭转化为活性炭是当前的研究热点。以马尾松生物炭为原料，采用N₂/CO₂混合气体模拟循环流化床高温烟气，并通入水蒸气作为活化剂，对生物炭进行活化，制备活性炭。通过单因素实验，探究了水蒸气流量、活化温度、活化时间对活性炭碘吸附值和产率的影响规律，确定了最佳制备条件。采用全自动物理化学吸附仪、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱仪，对活性炭物化性质和结构进行了表征；考察了p H、吸附时间、活性炭投加量、Cu²⁺初始浓度(质量浓度)对活性炭Cu²⁺吸附性能的影响；采用动力学模型及等温线模型研究了活性炭吸附Cu²⁺的机制。研究表明，最佳制备条件下(高温烟气为100 m L/min、水蒸气流量为0.9 m L/min、活化温度为850°C、活化时间为2.5 h)，活性炭产率为7.32%、碘吸附值为1914 mg/g、比表面积为1556 m²     

活性炭/金属有机骨架复合吸附材料的制备及其CH4/N2吸附分离性能研究

煤层气富含甲烷(CH₄),但井下抽采时会混入大量空气导致CH₄浓度低、利用难度大,因此富集提浓并高效利用低浓度煤层气的关键是实现CH₄与氮气(N₂)的高效分离。以三水硝酸铜(Cu(NO₃)₂·3H₂O)和异烟酸(HINA)为原料,通过逐步合成法制备了活性炭/金属有机骨架(AC/MOFs)复合吸附材料,通过X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜等进行了表征,并研究了气体吸附性能、选择性以及吸附热。结果表明,制备的AC/Cu(INA)₂复合材料具有AC和Cu(INA)₂的特征衍射峰,并且观察到了Cu(INA)₂在AC上的生长。AC/Cu(INA)₂复合材料在100 kPa、298 K下的CH₄吸附量为12.6 cm³/g,CH₄/N₂选择性为5.5(比原材料AC提升了...     

高硅沸石分子筛ZSM-11用于CH4与N2吸附分离性能的研究

以四丁基氢氧化铵为模板剂,通过调节铝源和硅源的比例合成了两种高硅铝比(n(Si)/n(Al)=100、500)沸石分子筛ZSM-11,采用XRD、TG和N2吸/脱附等方法对ZSM-11分子筛进行了表征分析,测试了样品在500 kPa下对CH₄和N₂的吸附性能。结果表明,ZSM-11-500样品的比表面积和吸附容量略高于ZSM-11-100,两个样品的CH₄/N₂吸附选择性均达到4.0以上,优于商业吸附剂水平。混合气体穿透模拟结果显示,ZSM-11具有良好的CH₄/N₂分离能力,且对于低浓度煤层气中CH₄的富集纯化脱除N₂具有良好的应用前景。     

炼油厂VOCs吸收-吸附耦合工艺研究

采用负载浸渍法,将活性金属铜引入活性炭孔道内部,并且对其进行N₂吸附-脱附及透射电镜表征。使用改性后的AC-2活性炭吸附剂吸附脱除苯模型化合物,当入口苯质量浓度为6.5 g/m³、体积空速为1 000 h^-1、吸附温度为20℃时,穿透时间为13 h,吸附量为132 g。经过8个吸附-再生周期,AC-2活性炭吸附剂仍可将固定床吸附器出口苯质量浓度控制在30mg/m³以下。使用改性后的AC-2活性炭吸附剂吸收-吸附脱除石脑油中的VOCs（挥发性有机物）,在进气口VOCs质量浓度为100～150 g/m³、体积空速为1 000 h^-1、吸附温度为20℃的条件下,其穿透时间为4.5 h。经过4个柴油吸收-吸附-再生周期,AC-2活性炭吸附剂仍维持较稳定的脱VOCs性能。热脱附模型相较于常温脱附模式,更加适用于活性炭吸附剂的脱附再生。     

竹质中孔活性炭甲烷吸附分离及存储性能研究

实验以毛竹废料为原料采用磷酸活化法制备了既有较高比表面积又含有大量中孔的活性炭,测定了干燥活性炭的CH4、CO2、N2及O2吸附等温线及预吸附水活性炭的CH4吸附等温线,以考察其对甲烷的吸附分离及存储性能。实验结果表明:干燥活性炭对甲烷的吸附性能与其它气体存在较大差异,可应用于吸附分离CH4/CO2、CH4/N2、CH4/O2及CH4/空气气体混合物中的甲烷气体。在275K条件下(水炭比为2.43),预吸附水的活性炭在3.49MPa下的甲烷储量达10.58mmol/g,是同温同压条件下干燥活性炭甲烷储量的1.72倍,并远远大于同温同压条件下其它预吸附水活性炭的甲烷储量,可在较低压力条件下(<4MPa)实现甲烷的高效存储。     

介孔Ni/Al2O3催化剂用于月桂酸甲酯加氢脱氧：Al2O3结构和物相的影响

通过高温焙烧制备了介孔Al₂O₃载体,再用湿浸渍法制备了负载型介孔催化剂Ni/Al₂O₃。利用XRD,N₂吸附-脱附,H₂-TPD等对催化剂进行了表征,并以月桂酸甲酯为反应物,评价了催化剂的加氢脱氧性能。实验结果表明,制备的Ni/Al₂O₃催化剂保持了载体Al₂O₃的介孔结构,且随载体焙烧温度的升高,催化剂的比表面积降低、平均孔径增大、金属Ni的晶粒尺寸增大、活性氢物种的供应能力呈火山型变化趋势。载体比表面积的适当降低,有利于催化剂表面活性中心的形成,提高催化剂的活性氢物种供应能力;催化剂孔径增大能促进反应物和产物分子的迁移扩散。NiAl-700具有最佳的活性氢物种供应能力和大的平均孔径,在400℃、2.0 MPa、H₂/油体积比500、液态空速1.5 h^-1的条件下,月桂酸甲酯转化率为77.53%,烷烃选择性为71.0%,主...     

活性炭孔结构对煤层甲烷选择吸附行为的影响

采用不同含量的过氧化氢溶液和硝酸溶液对商用活性炭AC-1进行改性并经He-H2高温热处理,同时对石油焦活性炭进行了He-H2高温热处理以作为对比。采用低温N2物理吸附、TPD和Boehm酸碱滴定等手段对活性炭进行了表征。以甲烷和N2混合气为煤层甲烷模型气,考察了活性炭孔道结构对甲烷选择吸附行为的影响。实验结果表明,不同改性方法对活性炭孔道结构的改变有明显的影响,经He-H2高温热处理后不同的活性炭具有相似的表面化学性质;活性炭的孔径是选择吸附甲烷的首要因素,最佳孔径范围为0.71～0.74 nm;微孔比表面积决定了甲烷的吸附容量,微孔比表面积越大,甲烷富集容量越大。     

钾盐助剂对活性炭甲烷吸附性能及孔结构的影响

以石油焦为原料、KOH为主活化剂,在低碱碳比(m(KOH):m(C)=2∶1)的条件下制备吸附剂,通过加入助活化剂KCl,K2CO3,CH3COOK,达到引入K+,K2O与基团-O-K+,-CO2K+的目的,考察助活化剂对活性炭吸附甲烷能力的影响,并对样品的孔结构进行分析,讨论了钾盐助剂影响活性炭对甲烷吸附性能的机理。结果表明:加入KCl能够扩张孔径,增加微孔与介孔的体积,对活性炭吸附甲烷有较好的促进作用;加入K2CO3减少孔的生成,不利于活性炭对甲烷的吸附;CH3COOK的加入,对活性炭甲烷吸能力附影响不明显,但能明显增加微孔孔容,提高微孔率。     

处理含苯酚污水的吸附剂筛选和吸附机理研究

针对中国石化金陵分公司含硫污水汽提氨精制装置因苯酚存在导致回收氨水质量较差的问题,开展了固定床吸附法回收苯酚的吸附剂筛选和机理研究。考察了3A分子筛、13X分子筛、γ-Al2O3和3种活性炭对苯酚的吸附性能。结果表明：对苯酚,γ-Al2O3和分子筛因具有极性而表现出较差的吸附性能,其中3A分子筛因孔径小于苯酚的分子动力学直径,吸附性能最差;活性炭因表面呈弱极性和较大的比表面积而具有最优的吸附性能。进一步研究发现,更多介孔结构和介孔-大孔多级孔道分布结构有利于提高苯酚的吸附能力。建立了Yoon-Nelson动力学模型,可较好地模拟苯酚在活性炭床层的吸附穿透过程,为将来绘制苯酚吸附穿透曲线提供了具体方案。     

甲烷在高比表面积活性炭上吸附行为的初步研究

采用以石油焦为原料、ＫＯＨ为活化剂制得的高比表面积活性炭作为吸附剂,研究了甲烷在这种活性炭上的吸附行为,探讨了活性炭的比表面积和孔结构与其甲烷吸附性能的关系以及吸附温度对甲烷吸附行为的影响。结果发现,活性炭的比表面积和孔结构是决定其甲烷吸附性能的主要因素;活性炭对甲烷的吸附量随吸附温度的升高逐渐减少;比表面积为２９５３ｍ２／ｇ的高比表面积活性炭在２６℃、３．５ＭＰａ下对甲烷的质量吸附量为０．２８９ｇ／ｇ,换算为标准状态（ＳＴＰ）下的体积吸附量为１２１Ｖ／Ｖ。     

含油污泥热解残渣中热解炭的回收及应用研究

通过物理浮选与化学分离相结合的方式对含油污泥热解残渣进行资源化处理,回收热解残渣中的热解炭,并将其应用于采油污水的处理与工业油品的吸附。结果表明:回收的热解炭纯度达到95.93%,其表面分布着诸多形状不规则的孔隙,孔隙结构以中孔为主,比表面积、孔隙体积与平均孔径分别为454.47 m^2/g,0.61 cm^3/g和6.91 nm。同等条件下,热解炭对采油污水中COD和石油类的处理效果优于活性炭。对于柴油和原油的吸附,热解炭的初始瞬时吸附速率比活性炭分别快3.8倍和1.86倍。当热解炭达到吸附饱和时,活性炭对柴油和原油的累积吸附量远低于热解炭。     

活化剂对桐壳基活性炭孔结构的影响

用制桐油后的废物——桐壳为原料,分别采用磷酸、氯化锌和氢氧化钾为活化剂,制备桐壳基活性炭。研究了活化剂对桐壳基活性炭孔隙结构的影响,通过测定试样在77K时的N：吸附-解吸等温线,以BET方程和BJH法计算其比表面积、细孔体积和孔径分布来获得孔隙结构信息,以XRD表征活性炭的微晶结构来获得活性炭的微观结构信息,SEM观察表面形貌。结果表明,磷酸活化的活性炭中孔比例较高,氯化锌活化的活性炭以微孔为主,中孔也得到一定比例发展;氢氧化钾活化法可制得微孔孔隙发达的高比表面积活性炭。     

甲烷在活性炭上的吸附平衡及充气试验

为探索缓解家庭用ANG储罐在使用过程中受热效应影响的热管理措施,在温度区间263.15K～313.15K、压力范围0MPa～8MPa,测试了甲烷在比表面积为2074m2.g-1的SAC-02椰壳活性炭上的吸附平衡数据,并由Toth方程确定了相应的绝对吸附等温线。其次,在室温、3.5MPa、5L.min-1～25L.min-1的甲烷流率下,对装填有390g活性炭、中心区域布置U型换热管的储罐进行充气试验。结果表明,Toth方程在试验范围内的预测相对误差小于3.25%;储罐吸附床压力的上升速率是影响实际充气流率、吸附床温度变化和充气总量的关键因素;在试验范围内,U型管内循环30℃的冷却水可降低吸附床的平均温度和最大温升约3.6℃和7.3℃,但仅能提高约6.5%的总充气量。Toth方程可用于分析甲烷在活性炭上的吸附平衡,延长储罐吸附床压力上升至充气压力的时间可改善ANG储罐的充气性能。     

苯在活性炭纤维上吸附等温线的测定及分析

 采用质量法在Cahn-2000高真空电子天平上测定了温度298～328K和压力0～1.5kPa条件下苯在活性炭纤维上的吸附等温线。用Langmuir方程处理实验数据，得到的吸附模型符合Langmuir模型，并根据吸附等温线用Clausius-Clapeyron方程计算出苯的等量吸附热。结果表明，苯的等量吸附热随着吸附量的增加而减小，由vant Hoff方程计算苯在活性炭纤维上的平均吸附热为39.79kJ/mol。     

甲烷在高比表面活性炭上脱附行为的研究

用以石油焦为原料、ＫＯＨ为活化剂制得的高比表面积活性炭作为吸附剂,研究了甲烷在这种吸附剂上的脱附行为,探讨了活性炭的ＢＥＴ比表面积和孔结构与甲烷脱附性能的关系以及脱附温度和脱附时间对甲烷脱附行为的影响。结果发现：在这种高比表面积活性炭上,甲烷存在着明显的不可逆吸附;活性炭的比表面积和孔结构对甲烷的脱附性能有一定影响,并且随着脱附温度的升高和脱附时间的延长,脱附量逐渐增多