程序升温处理对HKUST-1吸附甲烷性能的影响

以Cu(NO3)2和均苯三甲酸为反应物、N,N′-二甲基甲酰胺为溶剂,采用溶剂热法合成出结构稳定的金属有机骨架材料HKUST-1;对HKUST-1进行程序升温处理,采用FTIR、SEM和N2吸附-脱附等方法对处理前后的试样进行了表征,并考察了HKUST-1对CH4的吸附性能。实验结果表明,程序升温处理可脱除残留在HKUST-1孔道内的溶剂和杂质组分,使更多的Cu2+活性位暴露出来,提高其吸附CH4气体的能力;230℃是较为合适的程序升温处理温度,处理后HKUST-1的比表面积和孔体积分别为1 505.4 m2/g和0.720 cm3/g,在298 K和3.5 MPa下,CH4吸附量达到220.36 cm3/g(9.84 mmol/g)。     

氨基改性MIL-101(Cr)用于CH4/CO2吸附分离的研究

采用浸渍法合成氨基改性金属有机骨架材料MIL-101(Cr),并用XRD、N2吸附和脱附、FT-IR和TG等表征手段考察材料的结构和性能,测试氨基改性MIL-101(Cr)吸附剂在101.3kPa、25℃下的CO2、CH4吸附量。结果表明,氨基改性后的MIL-101(Cr)与CO2作用力显著增强,提高了CO2吸附量和CO2/CH4分离性能。 PEI/MIL-101(Cr)质量比为70的MIL-101-PEI-70吸附剂的CO2吸附量由50.55cm3/g增加到89.43cm3/g,提升76%,而CH4吸附量由10.62cm3/g下降为5.91cm3/g,降低44%,用理想吸附溶液理论预测其CH4/CO2吸附选择性由11增加到255。吸附CO2后的吸附剂可在80℃、真空下再生,脱附条件温和。     

氨基改性MIL-101(Cr)用于CH_4/CO_2吸附分离的研究

采用浸渍法合成氨基改性金属有机骨架材料MIL-101(Cr),并用XRD、N2吸附和脱附、FT-IR和TG等表征手段考察材料的结构和性能,测试氨基改性MIL-101(Cr)吸附剂在101.3k Pa、25℃下的CO2、CH4吸附量。结果表明,氨基改性后的MIL-101(Cr)与CO2作用力显著增强,提高了CO2吸附量和CO2/CH4分离性能。PEI/MIL-101(Cr)质量比为70的MIL-101-PEI-70吸附剂的CO2吸附量由50.55cm3/g增加到89.43cm3/g,提升76%,而CH4吸附量由10.62cm3/g下降为5.91cm3/g,降低44%,用理想吸附溶液理论预测其CH4/CO2吸附选择性由11增加到255。吸附CO2后的吸附剂可在80℃、真空下再生,脱附条件温和。     

基于平衡效应的多种吸附剂对CH4/N2分离性能研究

采用静态容积法研究了CH4/N2在活性炭、5A、13X、LiX、硅沸石、硅胶、ZSM-5等7种基于平衡效应分离的吸附剂上的吸附性能。测定了CH4/N2在这7种吸附剂上的吸附量并用Langmuir方程进行拟合,计算出了CH4/N2的吸附选择性与吸附热。结果表明:Langmuir模型可以准确地描述CH4和N2在各个吸附剂上的吸附行为,且活性炭对CH4的吸附量较大而对N2的吸附量较小;活性炭、硅沸石、ZSM-5等吸附剂上CH4对N2的选择性均大于3.5。此外,分析比较了CH4和N2在各个吸附剂上的吸附热,为变压吸附分离CH4/N2提供指导。     

金属有机骨架材料HKUST-1的制备及其甲烷吸附性能

采用溶剂热法合成了HKUST-1,通过XRD、SEM和TG考察了HKUST-1的结构特征,对HKUST-1试样进行连续6次的甲烷吸附实验,研究了吸附前后HKUST-1的孔结构参数。实验结果表明,采用溶剂热法制备的HKUST-1具有很高的结晶度,且其骨架结构可稳定至310℃;连续吸附甲烷后HKUST-1的比表面积、孔体积和甲烷吸附量都逐渐降低,而平均孔径持续增大;连续6次吸附甲烷后,HKUST-1比表面积和孔体积分别从1 640 m~2/g和0.69 cm~3/g降至789 m~2/g和0.40 cm~3/g,在3.5 MPa、298 K下甲烷吸附量从220 cm~3/g减少到177 cm~3/g。     

CH4/N2在Zr-MOFs上的吸附分离研究

以H_4L为配体,与金属离子Zr~(4+)自组装得到棒状晶体Zr基金属有机框架材料(ZrMOFs),并借助X射线单晶衍射、N_2吸附脱附、X射线粉末衍射、热重等对其结构进行表征,利用气体吸附仪测量了CH_4和N_2的吸附等温线,采用克-克(Clausius-Clapeyron)方程计算CH_4的吸附热,并运用Ideal Adsorbed Solution Theory(IAST)理论来计算CH_4/N_2的分离因子(SCH_4/N_2)。结果表明:在273K、0.1MPa时,晶体Zr-MOFs对CH_4有较好的吸附效果,吸附量为8.2cm3/g,对CH_4/N_2的选择性分离因子(S)为6.3,且具有较好的分离效果;对吸附热力学的研究表明,CH_4的吸附热在20kJ/mol左右,相对分子筛类吸附剂吸附热较小,易于吸附剂的再生。     

金属有机骨架材料MIL-100(Fe)的一氧化碳吸附性能

采用水热法合成金属有机骨架材料MIL-100(Fe),并用XRD和氮气吸附方法考察了材料的晶体结构和比表面积,测试了材料在不同活化条件下的CO吸附容量。结果表明,活化后MIL-100(Fe)与不饱和气体分子CO作用力显著增强,250℃活化12h后,0.1MPa下样品的常温CO吸附量可达30.1cm3/g,而同条件下的N2吸附量只有3.9cm3/g,具有良好的CO/N2吸附分离性能。     

CO与N_2、CH_4等组分在NA吸附剂上的动态吸附分离性能研究

用静态法测定了CO、N2、CH4、CO2在NA型络合吸附剂上的平衡吸附,并用吸附柱动态实验装置测定了CO与N2、CH4、CO2二元混合体系以及CO、N2、CH4及CO、CO2、CH4三元混合体系的动态吸附分离性能。实验结果表明,该吸附剂对CO有很高的选择性,与N2和CH4的分离系数较高,对CO2有一定吸附量,但基本不影响CO在该吸附剂上的穿透吸附量。CO与其他组分的分离系数随CO分压的增大而降低。     

合成HKUST-1金属有机骨架材料的母液及其再结晶性能

以硝酸铜为金属离子、1,3,5 均苯三甲酸（H3BTC）为配体,在水热条件下合成了铜基金属有机骨架材料（HKUST 1）。以甲烷作为吸附存储对象,研究了HKUST 1材料及其母液再结晶材料理化性质的变化趋势,得到其甲烷吸附等温线。结果表明,经过3次母液再结晶的产物仍然具有与HKUST 1相似的晶体结构和微孔结构,其BET比表面积和微孔体积分别为1984 m2/g和0722 cm3/g。在25℃和3500 kPa条件下,3次再结晶产物的甲烷吸附量为207 cm3/g,母体HKUST 1材料的甲烷吸附量为226 cm3/g,说明再结晶产物具有一定的气体吸附存储能力和应用价值。。     

HKUST-1金属有机骨架材料对水溶液中稀土离子的选择性吸附

在水热条件下合成了铜基金属有机骨架材料(HKUST-1),以稀土离子为吸附对象,研究了HKUST-1吸附前后理化性质的变化规律,得到其吸附动力学方程的拟合曲线.结果表明:在25℃和pH=6条件下,HKUST-1对铈离子(Ce3+)和镧离子(La3+)的最大吸附量分别为234和203 mg/g;在金属离子混合溶液中,对稀...     

陆相页岩吸附CH_4的热力学特征——以鄂尔多斯盆地延长气田上三叠统延长组页岩为例

为了完善等量吸附热的计算方法、明确陆相页岩吸附CH_4的热力学特征、揭示其吸附机理,选取鄂尔多斯盆地延长气田上三叠统延长组长7段页岩岩样,开展了页岩吸附CH_4的等温吸附实验并获得了过剩吸附量曲线,通过对比分析过剩吸附量与绝对吸附量之间的差异,阐明了基于不同类型吸附量的页岩等量吸附热特征。研究结果表明:①同一温度、压力条件下绝对吸附量大于过剩吸附量,绝对吸附量与过剩吸附量的差值在低温高压条件下较高,该差值与平衡压力符合指数函数变化关系,若采用过剩吸附量评价页岩储层的吸附性能,会造成评价结果偏低;②延长组页岩吸附CH_4的绝对等量吸附热、过剩等量吸附热分别与绝对吸附量、过剩吸附量呈线性正相关关系,吸附质分子间的作用力对等量吸附热的影响占主导;③绝对等量吸附热小于过剩等量吸附热,相对误差介于18.18%～49.79%,并且在低吸附量阶段相对误差较大,如果采用过剩吸附量作为基础数据计算初始等量吸附热,计算结果会偏高,从而造成对吸附剂与吸附质分子间的作用力的评价结果偏高。     

基于逸度与压力计算页岩吸附甲烷的等量吸附热差异分析——以延长探区延长组页岩为例

为了完善吸附热力学参数的计算方法,明确陆相页岩吸附CH4的热力学特征,以延长探区延长组页岩为研究对象,开展了不同温度下页岩吸附CH4的等温吸附实验,并利用绝对吸附量曲线对比分析了基于逸度-绝对吸附量与压力-绝对吸附量的等量吸附热的差异.结果表明:①逸度小于压力,在低压力区间(0.36～2.21 MPa)内,逸度与压力的...     

改性硅胶吸附剂用于CO_2/CH_4吸附分离的研究

采用等体积浸渍法,通过在硅胶材料(XFGJ)表面修饰不同碱金属或碱土金属离子,制备硅胶基型吸附剂。采用变压吸附考察改性硅胶对CO2/CH4混合气体的吸附及分离性能。实验发现,担载1%质量分数BaCl2的XFGJ(1Ba-XFGJ)对CO2/CH4混合气体的动态吸附分离效果最佳,在0.5MPa,20℃时,1Ba-XFGJ的分离因子为9.55,与未改性的XFGJ相比分离因子提高了116%。采用低温氮气吸附脱附表征XFGJ及1Ba-XFGJ的比表面积和孔径分布,发现BaCl2的引入能够增加微孔数量,有利于提高CO2/CH4的吸附分离性能。     

脉冲色谱法研究醇和水在疏水多孔硅胶上的吸附行为

采用脉冲色谱法测定了140℃时疏水多孔硅胶(HPS)上C2～5醇的吸附等温线及醇和水的Henry常数。分析得出,C2～5醇的吸附等温线在醇分压小于2.5kPa时符合Freundlich模型,醇分压小于0.3kPa时符合Langmuir单分子层模型,C2～5直链醇的Henry常数随醇的沸点和碳原子数的增加呈指数性递增,支链醇与HPS表面的作用力更强;醇的Henry常数可以分解为—CH3,—CH2—,—OH基团贡献值的加和,其对数值分别为0.68,0.60,0.46,-11.42;在气相条件下,因HPS的疏水性而使水分子不易接近HPS表面;HPS对醇-醇物系的分离是由于HPS具有基团选择性的特性。     

环境温度对PSA过程的影响

通过实验测定了变压吸附分离专用吸附剂ＣＮＡ１３３ 、ＣＮＡ２２９ 对纯组分Ｎ２ 、ＣＨ４ 、ＣＯ、ＣＯ２ 的吸附性能。由Ｃｌａｕｓｕｉｓ Ｃｌａｐｅｒｏｎ 方程（ｌｎ ｐＴ）ｑ ＝ ＱａＲＴ根据实验数据得出吸附剂分离气体的性能随环境温度变化的规律即反映吸附量、吸附压力与温度三者之间关系的吸附方程：ｑ ＝ Г（ ｐ ,Ｔ） ,并将计算结果与实测结果进行比较,相对误差在５ ％ 以内。根据求得的吸附方程,定量化论述了温度对两种吸附剂上纯组分的吸附性能、待分离组份之间的分离因子以及有效分离因子的影响。对吸附剂ＣＮＡ１３３ ,温度的变化主要影响吸附剂的单位处理能力和ＣＯ 与Ｎ２ 的分离因子 ＫＣＯ／ Ｎ２ ,但对 ＫＣＯ／ＣＨ４ 基本无影响;对吸附剂ＣＮＡ２２９ ,温度的变化既影响吸附剂的单位处理能力,又影响分离因子 ＫＣＯ２／ＣＨ４ 和 ＫＣＯ２／Ｎ２ ;并讨论了温度对组份之间分离因子的不同程度影响的原因。     

不同溶剂合成的HKUST-1及其甲烷贮存情况

采用不同溶剂制备了金属有机骨架材料HKUST-1。通过扫描电镜（SEM），X射线衍射仪（XRD），N2吸-脱附仪对所制备的材料进行结构表征。并且，检测了有机配体在溶剂中的溶解度及样品的甲烷吸附量。结果表明由溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）制备的HKUST-1呈现出较好的甲烷吸附能力。研究进一步表明有机配体在DMF中较高的溶解度及由DMF制备的HKUST-1较大的比表面积促进了材料的甲烷吸附量的提高。本文为制备高效的甲烷吸附材料提供了一个新思路。