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。     

CO2/CH4/N2在沸石13X-APG上的吸附平衡

采用磁悬浮热天平测量了CO₂、CH₄与N₂在沸石13X-APG上的吸附等温线,温度为293、303、333和363 K,压力为0～500 kPa。对吸附平衡实验数据采用multi-site Langmuir模型和Sips模型进行拟合,均得到良好的拟合效果,非线性回归得到吸附热等模型参数,可为变压吸附工艺过程的开发提供基础热力学数据。将沸石13X-APG吸附分离性能与文献中报道的吸附材料(如沸石分子筛、活性炭、金属有机骨架材料和介孔硅分子筛)性能相比较。通过比较CO₂、CH₄与N₂吸附容量以及相对分离系数,探讨CO₂/CH₄(垃圾填埋气或者CO₂强化煤层甲烷回收气)体系、CO₂/N₂(燃煤电厂、水泥厂以及焦炭厂烟道气)体系以及CH₄/N₂(煤层气)体系吸附分离的高效材料,为未来二氧化碳吸附捕集和甲烷吸附回收提供基础数据。     

沸石ZSM-5吸附回收低浓度煤层气中CH4

利用高硅疏水性沸石ZSM-5吸附回收低浓度煤层气中的甲烷,对其吸附平衡、吸附动力学以及真空变压吸附分离过程进行了理论和实验研究。通过重量法和穿透曲线法测定了CH₄/N₂单组分及双组分的竞争吸附平衡数据,并采用Multisite Langmuir吸附等温线模型对其进行拟合。结合CH₄和N₂稀释穿透曲线实验数据和等温无动量损失的双分散二级孔结构扩散模型,获得CH₄和N₂在沸石ZSM-5上的微孔扩散系数。建立并求解包含质量、动量及能量传递的固定床吸附分离模型方程,预测了CH₄和N₂在沸石ZSM-5上的竞争吸附穿透曲线。进一步采用ZSM-5吸附剂填充床单柱四步真空变压吸附实验考察了进料浓度、进料流速、进料时间以及吹扫比对分离效果的影响。结果发现沸石ZSM-5对CH₄具有较好的选择性,沸石晶粒内的微孔扩散为吸附速率控制步骤,真空变压吸附工艺可将模拟煤层气中20%的CH₄提纯至31%～41%,回收率为93%～98%。     

正烷烃在硅石和ZSM-5与沸石上的吸附平衡

The adsorption equilibria of n-heptane, n-octane and n-nonane on silicalite and ZSM-5 have been measured in the temperature range of 373.15--473.15K under low pressure (0---5.332kPa). All the experimental data can be represented by a generalized characteristic curve of the extended adsorption potential theory utilizing the parameter of the initial heat of adsorption, which is estimated reasonably by a new approach.     

ZSM-5沸石分子筛吸附模拟废水中对苯二酚的研究

以正硅酸乙酯为硅源、偏铝酸钠为铝源、四丙基氢氧化铵为模板剂,利用水热合成法制备ZSM-5沸石分子筛并将其应用到吸附水中对苯二酚的研究,考察了吸附时间、对苯二酚溶液pH值、吸附温度、吸附剂用量对吸附效果的影响。结果表明,最佳吸附条件是:吸附温度为35℃,吸附时间为60 min,对苯二酚溶液pH值为6,吸附剂用量为0.4 g。此时,对苯二酚的去除率最高,达到了68.28%。     

ZSM-5沸石分子筛吸附模拟含铬废水的研究

本论文以正硅酸乙酯为硅源、偏铝酸钠为铝源、四丙基氢氧化铵为模板剂,利用水热合成法制备ZSM-5沸石分子筛并将其应用到吸附水中六价铬的研究,考察了吸附时间、铬酸钾溶液pH值、吸附剂用量、吸附温度对吸附效果的影响。结果表明,最佳吸附条件是:吸附剂的使用量为0.5g,铬酸钾溶液pH值为5,吸附时间为60 min,吸附温度为30℃,此时,六价铬的去除率最高,达到了93.46%。     

ZSM-5沸石对水溶液中铅离子的吸附性能

研究了ZSM-5沸石对水溶液中铅离子（Pb^2＋）的吸附性能,考察了Pb^2＋初始浓度、吸附剂用量、pH值和吸附时间等因素对吸附的影响。结果表明：ESM-5沸石对水溶液中铅离子有较好的去除效果,当其用量为40g／L时,水溶液中铅离子的吸附去除率达到96．09％;吸附过程在180min时达到吸附平衡;溶液pH值和初始浓度对水溶液中铅离子的去除也有显著的影响,中性和碱性条件下的去除率大于酸性时的去除率;平衡吸附量与吸附平衡浓度之间的关系较好符合Freundlich和Langmuir等温吸附方程所描述的规律。     

CH4/CO2混合组分在13X分子筛上的吸附平衡及分离性能

采用高精度智能重量分析仪IGA-100对13X分子筛进行CH4、CO2的吸附分离实验。于298、310、326 K温度下,分别测定了CH4、CO2纯组分及混合组分的吸附等温线。纯组分吸附等温线用DL(Double-Langmuir)模型拟合,并通过DL-IAST(Ideal Adsorbed Solution Theory,IAST)模型与实验测定值进行比较。利用该模型计算出不同温度下混合气中各组分的吸附量,得到了CO2的吸附选择性。结果表明,DL-IAST模型可以准确地描述CH4、CO2在13X分子筛上的吸附行为。在298 K时,随着压力的增加,CO2的吸附选择性增加,最后稳定在80左右;当温度一定时,CO2吸附选择性随着混合物中CO2浓度增加而减小。     

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。     

变色硅胶与ZSM-5沸石分子筛的吸附脱附特性

针对吸附材料在太阳能吸附空调系统中的应用, 对变色硅胶和ZSM-5沸石对水蒸气的吸附脱附特性进行了实验研究。结果表明, 在一定温度下, 两种吸附材料对水蒸气的吸附速率随相对湿度增大而增加, 但增加幅度逐渐减小。环境温度对材料的吸附脱附性能有重要影响, 低温下易吸附, 高温时易脱附。温度升高, 材料的吸附脱附速率增加, 但平衡吸附量降低, 平衡脱附百分比升高。比较两种吸附材料的吸附特性发现, ZSM-5沸石具有较快的吸附速率, 但是其平衡吸附量低于变色硅胶。与变色硅胶的渐近线型吸附等温线不同, ZSM-5沸石的吸附等温线呈S型。比较两种材料的脱附特性发现, 在温度低于100℃时, ZSM-5沸石的脱附百分比大于变色硅胶。此外ZSM-5沸石能够在高温下进行脱附, 而变色硅胶在高温环境下会失去结晶水而变质, 因此脱附温度必须控制在120℃以下。     

水在ZSM-5型分子筛中吸附的Monte Carlo模拟

构建了ZSM-5型分子筛物理模型,采用Connoly表面方法和Solvent表面方法对ZSM-5型分子筛的几何结构和性质进行了模拟分析。通过巨正则系综蒙特卡罗方法(GCMC)模拟研究了水蒸气在ZSM-5型分子筛上的吸附特性。通过模拟方法看到了实验难以表征的水蒸气在分子筛中具体吸附位,研究了压力、温度和硅铝比对ZSM-5型分子筛吸附性能的影响及其吸附热的变化规律。     

ZSM-5分子筛吸附去除VOCs的研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)的治理已成为当前大气污染防治的主要方向,引起广泛关注。吸附法具有操作简单、工艺成熟、能耗低和效率高等优点,是脱除VOCs的有效方法。从治理VOCs方法出发,简述ZSM-5分子筛用作吸附剂在治理VOCs方面影响其吸附效率的主要因素,如硅铝比、掺杂金属阳离子、表面酸碱性及吸附状态等,为ZSM-5分子筛的性能优化及新品开发,提供理论依据。在总结现有的吸附工艺基础上,提出吸附法与其他技术的联用,是今后VOCs治理的主要发展方向。     

Competitive adsorption of N2O and CO on CuZSM-5, FeZSM-5, CoZSM-5 and bimetallic forms of ZSM-5 zeolite

The behavior of copper-, iron- and cobalt-exchanged ZSM-5 (Si/Al = 20) and bimetallic forms of the same zeolite was investigated with reference to the adsorption of N₂O and CO at 303 K. The interactions of both gases with investigated zeolites have been studied using microcalorimetry and infrared spectroscopy. The values of differential heats of adsorption and the amounts of adsorbed gases were determined. Both gases react with the charge-balancing cations as active sites for adsorption. CuZSM-5 shows significantly better performances than FeZSM-5 and CoZSM-5, toward both gases; additionally, nitrous oxide can be chemisorbed on CuZSM-5. Adsorption capabilities of FeZSM-5 and CoZSM-5 are increased with the addition of copper ions. The heats of CO interaction with copper-containing samples have been found to be higher then the heats of N₂O interaction, while for FeZSM-5 and CoZSM-5 samples similar heats were detected for both gases. In the case of CuZSM-5, as a result of competitive adsorption between previously adsorbed N₂O and incoming CO from the gas phase, a surface reaction is found.     

沸石分子筛对CO_2/CH_4混合气的分离效果研究

选取5A沸石分子筛作为脱碳吸附材料,考察了其对CO2及CH4单组份的吸附效果。结果表明,5A分子筛真空解吸在1 h 50 min即可达到解吸、脱碳、再生的目的,且经8次重复吸附-解吸后仍具有较高及较稳定的脱碳效率。将5A分子筛应用到沼气实际分离实验中,在沼气中n(CO2)∶n(CH4)=40∶60的条件下,经单塔处理可达0.17 m3/kg处理量,甲烷纯度可达97%以上,且连续处理速率为0.60 m3/(h·kg),该研究为今后的沼气分离工程提供了技术参数。     

吸附剂特性对CO2/CH4吸附分离的影响分析

用于CO2/CH4二元混合体系吸附分离的吸附剂种类较多,效果参差不齐,而吸附剂的各种特性是影响分离效果的主要原因。本文从吸附剂特性出发,总结了孔结构、可交换阳离子、表面化学以及吸附剂湿度4个因素对吸附分离效果的影响,并解释了造成各种影响的原因。得出结论：中孔有利于该二元体系的分离和胺基嫁接;在吸附剂骨架之外引入合适的可交换阳离子可促进吸附剂与CO2四极矩之间吸引力,提升分离效果;吸附剂的表面羟基也是影响胺基嫁接的重要因素;水分既有利于该体系的吸附分离,又可以促进胺基吸附剂再生。     

CO2 and CO adsorption equilibrium on ZSM-5 for different SiO2/Al2O3 ratios

CO₂ and CO adsorption on MFI type zeolites with different SiO₂/Al₂O₃ ratios (ZSM-5(30), ZSM-5(50), ZSM-5(280), and silicalite) were investigated in this study by a static gravimetric analyzer for pure isotherms at 30°C, 65°C, 100°C, and 135°C over the pressure range of 0–10 atm. Adsorption capacity of CO increases with decreasing SiO₂/Al₂O₃ ratios within ZSM-5. The adsorption of CO₂ for decreasing SiO₂/Al₂O₃ ratios, showed stronger adsorption at lower pressures and at higher pressures, the highest capacity varied from ZSM-5(50) to ZSM-5(30). ZSM-5(280) was found to have the highest selectivity for CO₂ within the widest range of pressures and temperatures tested.