柔性氮掺杂活性多孔碳布的制备及其对CO2/CH4吸附分离和甲醇吸附研究

开发一种用于吸附和分离CO₂/CH₄以及吸附甲醇的经济、高效、安全的纳米多孔碳材料,以黏胶纤维织物为前体物质,以CO₂为活化剂,采用一步碳化-活化方法制备柔性氮掺杂活性多孔碳布,并探讨活化温度对多孔碳孔隙结构发育和化学成分的影响。结果表明,活化温度800℃时制备的FPCC-A-800超微孔体积为0.29 m³/g,占总孔体积的71%,含氮量为5.88%。在25℃和0.1 MPa压力下,FPCC-A-800对CO₂的吸附量最高为3.13 mmol/g,根据理想吸附溶液理论(IAST),计算二元混合气体CO₂/CH₄(体积比为50/50),FPCC-A-800的CO₂/CH₄选择性为2.35,这归因于FPCC-A-800优异的超微孔结构和适中的含氮量协同作用。活化温度900℃时制备FPCC-A-900,在25℃和0.009 5 MPa压力下其甲醇吸附量可达9.90 mmol/g,这是因为它具有最...     

煤对N2/CH4/CO2混合气体竞争吸附特征与机理研究

为研究煤对N₂,CH₄及CO₂混合气体的竞争吸附特征及其机理,通过混合气体吸附/解吸装置,结合穿透曲线法,对大柳塔(DLT)、硫磺沟(LHG)、瑞能(RN)、山阳(SY)和屯宝(TB)5种煤样,开展了温度为20℃、注气压力为0.25 MPa条件下N₂,CH₄和CO₂等比例混合气体的竞争吸附试验,得到了不同煤样对混合气体竞争吸附的规律;通过低温氮气吸附法,分析了5种煤样的孔隙结构,研究了孔隙对混合气体竞争吸附的影响.结果表明：DLT,LHG和RN煤样中N₂和CH₄先达到吸附平衡,一段时间后这2种气体在装置出口端的体积分数均超过其初始体积分数,而SY和TB煤样中只有N₂的出口端体积分数超过了其初始体积分数.试验结果与Yoon-Nelson模型拟合结果较好,线性相关系数R²基本可达0.9以上;各煤样传质速率常数均有k(N₂)>k(CH_4<...     

三轴应力下原煤吸附CH4/N2变形时空特性

为深入研究受载煤体与CH₄/N₂相互作用时的变形时空特性,开展了三轴应力加载下原煤吸附CH₄/N₂及其二元混气时的吸附量与吸附变形动态测试试验.结果表明：恒定三轴应力下,原煤对CH₄的吸附能力大于N₂;二元混气吸附量介于纯气体吸附量之间.三轴应力下原煤吸附膨胀变形存在各向异性.不同注气压力下,原煤轴向/环向应变随吸附时间整体呈现相同演化规律,注气端轴向应变可划分为5个阶段,煤样中部、排气端轴向/环向应变均可划分为3个阶段.相同注气压力下,原煤吸附气体时各测点轴向应变由负转正时间由长到短的顺序为：CH₄,CH₄/N₂混气,N₂.原煤吸附CH₄,N₂,CH₄/N₂混气时,轴向/环向应变随吸附量增加依次呈指数函数、一元一次函数、一元二次函数增长.三轴应力加载后,原煤轴向/环向初始应变呈两端...     

基于玉米秸秆的氮掺杂多孔碳制备及其对CO2吸附和CO2/N2分离性能研究

为解决大气中日益增加的CO₂含量问题,以玉米秸秆为原料,采用水热碳化和KOH活化处理,通过控制KOH活化强度,制备出一系列具有发达孔道结构的氮掺杂多孔碳样品(CPH-0,CPH-0.5,CPH-1)。通过扫描电镜、透射电镜表征、N₂吸-脱附等温线测试及元素分析,获得多孔碳孔道结构发展、N含量与KOH活化强度的关系。通过CO₂吸附测试分析可知,多孔碳的CO₂吸附量在低压(<15 k Pa)时受N含量影响,在常压(100 k Pa)下由超微孔(<1 nm)孔体积决定。样品CPH-0的N含量最多,在低压范围表现出优异的CO₂吸附能力。样品CPH-0.5的超微孔孔体积最大,在25°C,100 k Pa条件下,对CO₂的吸附量可达3.97 mmol/g,同时还表现出较好的CO₂/N₂选择性和优异的循环稳定性。该法制备的多孔碳在CO₂吸附和CO₂/N₂     

超临界CO2及其混合物在竖直圆管内的传热特性数值研究

碳捕捉、运输和储存(CCS)对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO₂、超临界CO₂+CH₄混合物(CH₄摩尔分数分别为1%、3%、5%)及超临界CO₂+N₂混合物(N2摩尔分数分别为1%、3%、5%)为工质,在工质质量流速为300～600 kg/(m²·s)、热流密度为80～100 kW/m²、入口压力为8～10 MPa的条件下,研究了超临界CO₂及超临界CO₂混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明,随着工质中CH₄和N₂摩尔分数的降低,工质的换热系数峰值逐渐升高,且其对应的温度逐渐升高;工质的换热系数随着质量流速的增大而增大,且质量流速越大,换热系数变化幅度越大;随着入口压力的增大,工质的换热系数峰值有所降低,且其对应的温度逐渐升高;湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO₂及其混合物换热强化密切相关...     

CO2/N2在HP-MOF-74(ZnxNi1-x)上的吸附性能探究

以SDBS为模板剂,采用水热合成法制备了不同比例的双金属HP-MOF-74(Zn_xNi_1-x)材料,利用XRD、FT-IR、SEM等对其物化性能进行了研究;以烟道气CO₂和N₂为吸附质,使用静态容量法在273 K和298 K处测试了三种不同HP-MOF-74(Zn_xNi_1-x)材料上CO₂和N₂的等温线;根据理想吸附溶液理论(IAST)估算了CO₂/N₂二元混合物的吸附选择性;此外,使用克-克方程计算了等量吸附热(QST)。     

海上天然气吸附净化脱CO2的动态穿透实验研究

为了研究摇摆工况、天然气中所含的H₂O和N₂对海上天然气吸附净化脱CO₂的影响,开展了静止和摇摆工况下多组分混合气体在干燥和含H₂O的13X分子筛上的动态穿透实验。采用质谱仪对CH₄、CO₂和N₂按比例进行配气,获得了CH₄/CO₂和CH₄/ CO₂/ N₂两种多组分混合气体;在静止和摇摆工况下,通过动态穿透实验测定了不同时间下混合气体中每种气体在干燥和含H₂O的13X分子筛出口处的分压,得到了穿透曲线以及穿透时间;通过穿透曲线分析了静止和摇摆工况下干燥和含H₂O的13X分子筛对两种混合气体中CO₂的吸附净化效果,进而得到了摇摆工况下H₂O以及N₂对海上天然气吸附净化脱CO₂的影响。实验结果表明,无论在静止还是摇摆工况下,13X分子筛对CO₂的吸附能力最强,对N₂的吸附能力最弱;N₂的存在有利于海上天然气吸附净化脱CO₂,而H₂O和摇摆不利于CO₂的脱除。     

N2/CO2气氛下工业危废污泥热解气化的TG-FTIR分析

采用热重-红外联用技术（Thermogravimetric analysis-Fourier transform infrared spectroscopy, TG-FTIR）对CO₂和N₂气氛下工业危废污泥的热化学转化特性展开研究,重点考察不同气氛对污泥热解气化过程的影响。主要分析不同气氛下污泥的热转化失重、产物析出规律及不同反应阶段的反应动力学特性。热重分析表明,CO₂对污泥热转化的影响主要在700℃以上温度范围;CO₂参与焦炭的气化反应,失重速率大幅提升,促进了CO,CH₄,NH₃在高温下的析出。红外分析显示,CO₂和N₂气氛下,反应温度在1 000℃左右时均有大量甲基化合物析出,且CO₂气氛下强度更高。各反应阶段活化能随温度升高逐渐增加,污泥与CO₂气化反应速率高于相同反应阶段N₂下的热解反应速率。     

流化床O2/CO2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究王文康1,卜昌盛1,熊金琴1,王昕晔1,张居兵1,朴桂林1,张孝勇2

流化床O₂/CO₂燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一. 为进一步探究工业流化床O₂/CO₂燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O₂和CO的浓度,深入考察了O₂/CO₂取代O₂/N₂后,不同的床层温度(800～900 ℃)、O₂浓度(4%～10%)及颗粒粒径(2～8 mm)下的烟煤焦燃烧特性. 实验结果表明:O₂/CO₂气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O₂浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加; 煤焦燃烧反应由O₂扩散控制,气化反应由反应动力学控制; 相较于O₂/N₂气氛,低床温下,O₂/CO₂气氛下的O₂扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因; 高床温下,除O₂/CO₂气氛下O₂的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.     

PVP改性PDMS/PAN中空纤维复合膜提升表面亲水性

为了改善气体分离复合膜中聚二甲基硅氧烷（PDMS）过渡层与极性分离层的界面结合,利用高极性的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）修饰聚丙烯腈（PAN）中空纤维支撑的PDMS气体分离膜表面,以提高PDMS表面极性和亲水性并减少对气体渗透速率的不利影响. 利用X射线光电子能谱（XPS）证实利用溶液浸渍法可以将PVP接枝在PDMS表面对其修饰,并且随着浸渍时间的增加,PVP接枝量逐步增加,修饰效果逐渐增强. 实验结果表明,交联剂1,3,5-苯三甲酰氯（TMC）增强了PDMS表面的PVP接枝改性,PVP修饰使PDMS表面的水接触角降低到21.1°,显著提高了PDMS表面亲水性和极性,从而有利于PDMS层和极性分离层的紧密结合. PVP修饰使得CO₂对其他气体（H₂、CH₄、N₂）的选择性随TMC/PDMS摩尔比的增加而逐渐降低,气体选择性CO₂/H₂、CO₂/CH₄、CO₂/N₂的最大峰值分别为3.9、3.8、11.8.     

α-Fe2O3(001)及其掺杂表面吸附As2O3机制的密度泛函理论

为提高催化剂抗砷能力,采用密度泛函理论（DFT）方法研究As₂O₃在α-Fe₂O₃（001）表面的吸附行为以及掺杂Mo、Mn、Ni对α-Fe₂O₃（001）表面As₂O₃吸附行为的影响。建立As₂O₃在α-Fe₂O₃（001）表面吸附模型和Mo、Mn、Ni掺杂的吸附模型,计算As₂O₃在催化剂表面的吸附能,分析成键态密度以及掺杂前后的As₂O₃在α-Fe₂O₃（001）表面的电荷布局。结果表明：这4种体系均发生电子转移,Mo掺杂活化了As₂O₃分子,使得As₂O₃倾向于吸附在Mo活性位点上,保护了Fe活性位点,...     

温度及压力对CO2置换CH4的影响

利用潞安和寺河煤样进行了不同温度和压力条件下CO2/CH4混合气体的等温吸附/解吸实验,根据Langmuir等温吸附模型及其扩展形式,结合分离因子和单位压降解吸率两个参数,分别分析了温度和压力对CO2置换CH4影响的效果,提出了低温、低压条件下具有更好的置换效果,认为低温低压下置换反应主要向解吸需要能量低、吸附释放能量高的方向进行,即需要能量较小的CO2吸附—CH4解吸方向.研究结果表明:同等条件下CO2吸附能力比CH4吸附能力更强;在3MPa注入压力条件下,随着温度逐渐升高CO2对CH4的分离因子依次减小,显示出温度为20℃时置换效果更佳;在30℃温度条件下,随着压力的的升高,CH4单位压降解吸率依次降低,显示出压力为2MPa时置换效果更好;CO2的吸附能高于CH4的吸附能,在低温、低压的低能量条件下CO2具有相对更好的吸附能力.     

双金属MOF⁃74(Mg x Ni1-x )的制备及其对CO2/N2的吸附分离性能研究

以Mg、Ni为中心金属、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为模板剂,采用溶剂热法合成HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）（x=0.25、0.50、0.75）样品,以烟道气中CO₂和N₂为吸附质,考察了HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品在273 K和298 K下吸附分离CO₂/N₂的性能;通过静态容量法在273 K和298 K处测试了三种不同HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品上CO₂和N₂的等温线,并使用双位点Langmuir?Freundlich（DSLF）和单位点Langmuir?Freundlich（SSLF）模型对获得的实验数据集进行了拟合;根据理想吸附溶液理论（IAST）,估算了CO₂/N₂二元混合物的吸附选择性;使用Clausius–Clapeyron方程计算了等量吸附热（Q_st）。结果表明,在273 K和100 kPa的条件下,HP?MOF?74(Mg_0.50Ni_0.50)样品的CO₂吸附量为4.864 mmol/g;CO₂和N₂在HP?MOF?74(Mg_0.50Ni_0.50)样品上的吸附等温线分别与DSLF和SSLF模型十分吻合,说明CO₂的吸附行为是双孔位吸附,而N₂的吸附行为是单位点吸附;HP?MOF?74（Mg_0.25Ni_0.75）样品对CO₂的IAST吸附选择性为2 263,吸附量和选择性均优于传统吸附剂MOF?74材料;CO₂在HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品上的等量吸附热均高于N₂,说明CO₂在HP?MOF?74（Mg _x Ni_1-x ）样品上的表面自由结合能更高。     

CO2溶胀和CH4协同作用下长庆原油流动性的改善

以CO₂、CH₄ 混合气为气源,在地层条件下利用自主研制的饱和溶气原油装置对长庆原油进行预处理,通过逐级降压得到地面集输工况(0~3.5MPa)下的饱和溶气原油。通过溶气原油物性测试装置与高压流变仪分析了气体组成、温度、压力等对饱和溶气原油溶解度Rs、体积系数Bo、凝点TZ、黏度μ 和屈服值τy 的影响规律, 并讨论混合气稀释效应与溶胀效应对长庆原油的影响。结果表明,随着压力升高,Rs、Bo 升高,随着温度降低,Rs 升高,Bo 降低;相同温度、压力下,Rs(CO₂)约为Rs(CH₄ )的2倍,但CH4 的溶解明显促进了CO₂对长庆原油的溶胀效果;n(CO₂)/n(CH₄ )=9∶1混合气对长庆原油的溶胀作用最佳,且对长庆原油凝点、黏度和屈服值的改善效果最优。     

褐煤在N2及CO2气氛下的热解与富氧燃烧特性

为了掌握不同气氛下褐煤热解与富氧燃烧的特性以及其之间的联系,在管式炉反应器上利用锡盟褐煤在N₂和CO₂气氛以及600~1 000 °C条件下进行热解. 进一步对其在O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下进行富氧燃烧实验,考察不同反应温度(600~1 000 °C)以及不同氧气体积分数(21%~60%)条件下的富氧燃烧特性,结合热解实验结果探究CO₂气化反应对富氧燃烧的影响. 结果表明,CO₂气氛中锡盟褐煤在700 °C时开始CO₂气化反应,随温度增加气化反应增强,CO₂主要通过高温区的气化反应来影响煤热解及燃烧,700 °C以上气化反应能促进富氧燃烧进程. 对于O₂/CO₂气氛的富氧燃烧,当氧气体积分数为30%时,在800 °C以下温度对CO氧化反应影响更大,而在800 °C以上温度对CO₂气化反应影响更大. 当氧气体积分数相同时,O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下褐煤富氧燃烧反应时间差异不大.     

硅烷表面修饰增强氧化镁CO2中温吸附性能

利用球磨-水热方法合成了具有高比表面积的氧化镁材料.经正辛基三乙氧基硅烷修饰后,氧化镁的比表面积增加,表面疏水性变强.特别是经0.2 mL硅烷修饰后的氧化镁比表面积高达210.1 m²/g.硅烷对氧化镁表面的修饰极大地提高了材料的CO₂吸附性能.在200℃下,经0.1 mL硅烷修饰后氧化镁的CO₂吸附量达到69 mg_CO2/g,是纯氧化镁的3.1倍.     

固胺负载SBA-15的石墨烯改性及其CO2吸附性能

为了提高固胺负载SBA-15的CO₂吸附性能及稳定性,推进其在燃烧后CO₂捕集中的实际应用,采用湿法浸渍制备新型石墨烯掺杂超支链聚合物(HBP)负载SBA-15(G/SBA-15/HBP)固胺负载吸附剂用于CO₂捕集.通过SEM、TEM、N2吸附、XRD、FTIR对吸附剂的微观结构和化学组成进行表征,研究分析HBP负载量、吸附温度和脱附温度对CO₂吸附性能的影响并优化反应条件,探讨石墨烯改性前、后吸附剂的热稳定性和循环性能.结果表明,当HBP负载量达到50%时,G/SBA-15/HBP的CO₂吸附量为1.50 mmol/g,相较传统SBA-15/HBP提升了51.51%.石墨烯掺杂能减少颗粒团聚,有利于气体扩散;增加载体12%比表面积及31%孔隙容积,有利于负载HBP的均匀分散,暴露更多的吸附位点.石墨烯掺杂提升了固胺负载吸附剂的热稳定性,提高了吸附剂的使用寿命及循环稳定性.     

水平管束降膜蒸发中CO2解吸的微观特性

水平管降膜蒸发中释放的不凝气严重降低了管内冷凝传热速率,会使海水淡化的能耗成本显著增加,因此研究水平管束降膜蒸发中CO₂解吸的微观过程具有重要意义。文章建立了耦合水平管束降膜蒸发传热和CO₂解吸的理论模型,计算得到CO₂解吸单元体、碳酸盐组分浓度,分析了CO₂解吸量的微观特性。结果表明：传热系数的模拟值与实验值吻合良好;化学反应时间沿竖直管排方向减小且其速率逐渐降低,而沿水平管长方向随竖直管排节点数的增加而变长;主导CO₂解吸速率的HCO₃^-和CO₃^2-在微元内的浓度显著高于CO₂和H⁺浓度;单位面积的蒸发速率和每吨海水CO₂解吸量沿竖直管排、水平管长方向均减少。     

ZrxCe1-xO2/NC催化CO2和苯乙烯-锅法制环碳酸酯

CO₂与烯烃转化为环碳酸酯是当前一种有效的固碳策略,为此设计了一种掺氮多孔碳负载锆铈双金属(Zr_xCe_1-xO₂/NC)催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、 N₂-吸附、 CO₂和NH₃程序升温脱附(CO₂-TPD和NH₃-TPD)等表征了催化剂的形貌、物相、孔结构以及酸碱两性特征。结果表明,该催化剂可在无卤条件下催化CO₂和苯乙烯一锅法制备环碳酸酯,特别是Zr_0.75Ce_0.25O₂/NC在2 MPa CO₂下,采用80℃/8 h和150℃/8 h分段工艺,实现了74.87%的转化率和80.43%的环碳酸酯选择性,这归因于氧化铈(CeO₂)和氧化锆(ZrO₂)在碳载体上的均匀分散,以及丰富的酸-碱性位点协同作用。     

基于程序升温的煤耗氧速率与气体产物排放的相关性研究

采用程序升温实验系统,在通入流量为100 mL/min干空气的条件下将煤样加热至200℃,通过气相色谱仪对气体产物进行连续测量,得出CO,CO₂,CH₄,C₂H₄浓度随温度升高时的变化趋势.以耗氧速率与气体产物排放速率为基础,对高温氧化阶段耗氧速率与气体产物排放速率之间的关系进行线性拟合,结果表明：煤与氧的反应有利于生成CO₂而不是CO,C₂H₄产生速率与耗氧速率之间相比于CH₄存在更好的相关性.