多孔材料吸附分离甲烷氮气研究进展

多孔材料具有比表面积大、渗透性好、吸附选择性高等特性,在吸附分离领域被人们广泛利用。通过介绍甲烷脱氮的方法及原理,概述了分子筛、炭基材料与金属有机骨架(MOFs)三类多孔材料在吸附分离甲烷氮气方面的研究进展,分析探讨了各类材料的优势及其广阔的发展潜力。     

甲烷沉积法对甲烷/氮气分离炭分子筛性能的研究

高性能甲烷/氮气分离用炭分子筛是保证低浓度煤层气变压吸附分离的前提.以椰壳炭化料为原料在一定条件下活化制备了炭前驱体,以甲烷为沉积剂通过气相炭沉积调孔制备炭分子筛,考察沉积时间、沉积温度、沉积剂浓度和沉积剂量对变压吸附分离甲烷/氮气效果的影响,采用N2吸附法分析了炭前驱体的比表面积和孔径分布.结果表明:炭化时间40 m...     

用于甲烷/氮气分离的活性炭吸附剂研究进展

介绍了变压吸附(PSA)技术用于甲烷/氮气分离的国内外相关研究进展,分析了吸附剂的物化性质对甲烷/氮气分离效果的影响,并重点讨论了活性炭吸附剂的性质以及影响活性炭对甲烷/氮气吸附分离性能的因素,指出了活性炭吸附剂应用于甲烷/氮气分离时存在的不足,并展望了其发展趋势.     

铁离子改性碳分子筛对氮气/甲烷分离性能的研究

针对碳分子筛对氮气/甲烷分离体系分离比低的问题,采用浸渍法以市售空分碳分子筛（CMS）为基体,制备了分离氮气/甲烷的铁离子改性碳分子筛。通过静态吸附量、分离比、吸附动力学及热力学性质考察了铁离子负载量对碳分子筛吸附分离氮气/甲烷性能的影响。结果表明：铁（Ⅲ）的负载减小了CMS的比表面积、微孔体积和孔径,使CMS超微孔的孔径分布呈现更集中的趋势。这种集中性以动力学性能下降为代价,明显提高了碳分子筛对氮气/甲烷的吸附分离比。在303 K、0.7 MPa条件下,综合性能优异的0.3%铁改性CMS具有6.03的氮气/甲烷吸附分离比。     

生石油焦制备的多孔炭材料吸附性能及电热性能研究

以挥发分含量较高的未煅烧生石油焦为原料,以KCl为主要活化剂,采用模压成型,化学活化的方法制备出块状多孔炭材料。考察了活化剂用量与成型压力对多孔炭材料吸附性能和电热性能的影响及多孔炭材料电热性能在解吸附中的应用。当活化剂与生石油焦用量比为5,成型压力为20MPa时制得的块状多孔炭材料的吸附性能和电热性能最理想,通电加热1min后该多孔炭材料解析吸附物的效果显著。     

炭分子筛CH4/N2吸附分离

煤层气(CBM)是一种非常规天然气。在中国,煤层气在抽采出来时常混有空气。考虑到安全因素,氧气首先应该被去除。之后,煤层气利用的最重要步骤则是甲烷-氮气混合气体的甲烷高效提浓。本文搭建了双床变压吸附(PSA)装置,选择特定的炭分子筛(CMS)进行CH₄/N₂混合物分离实验研究。由于CMS的动力学吸附特性,氮被吸附在CMS上,带有一定压力的甲烷则连续输出。研究了吸附压力、进气速度和循环周期等因素对吸附过程整体性能的影响。从50% CH₄/50% N₂的原料气可以获得95.45%纯度的甲烷产品,而从30% CH₄/70% N₂的原料气可以获得94.89%纯度的甲烷产品。研究表明,以上3个参数都对分离性能有影响,其中后两者的影响更大。在较低吸附压力和较低进气速度时更容易获得纯度90%以上的甲烷产品。另外,循环周期越短,获得的甲烷纯度越高。     

CH_4/N_2吸附分离技术中吸附材料的研究进展

近年来我国开采煤层气的步伐加快,而利用率低,其原因在于甲烷含量低和燃料效率低等。因此有效地富集提纯煤层气,开发高效的CH_4/N_2分离技术就显得尤为关键。相比较传统的分离技术,高效、经济的PSA吸附分离技术在CH_4/N_2中展示出广阔的前景。通过分析国内外传统吸附材料和新型吸附材料的研究现状,对其各自的吸附机理、吸附工艺进行探讨,为以后高效CH_4/N_2分离材料的开发和研究提供了新的参考依据,同时展望吸附分离技术在CH_4/N_2分离领域的发展与应用前景。     

利用海藻酸钠制备多孔炭及其油污水处理应用

针对油污废水对环境的污染问题,本文提出可用高温炭化海藻酸钠制备的多孔炭材料解决油污水问题。实验首先考察不同炭化温度得到的多孔炭材料对油污水的吸附性能影响;其次多孔炭材料的用量对油污水处理的影响;最后考察了多孔炭材料在油污水中的吸附时间对油污水处理的影响。实验结果证明,当炭化温度为900℃时,多孔炭材料的吸附能力最强,油污剩余量最少;当多孔炭材料的质量与油污水的体积比为1 g∶0.5 L时油污水的含量最低;当吸附时间为6 h时,油污水的含量最低。结果表明,多孔炭材料用于油污水的治理具有广泛的应用前景,可望在未来油污水处理方面发挥更大的作用。     

由脲醛树脂制备炭材料及其对金属离子的吸附性能

以脲醛树脂为前躯体,在氮气气氛中炭化获得炭吸附材料ACUF,对其结构、表面性质及形貌进行了分析,采用静态法考察了700℃下炭化所得材料ACUF700对不同金属离子的吸附性能. 结果表明,ACUF保留了大量的胺基活性基团,并具有发达的微孔结构. ACUF700的比表面积达702.3 m2/g,平均孔径为2.044 nm,对Pb2+, Cu2+, Fe3+和La3+均有良好的吸附性能,吸附容量分别达39.7, 37.0, 13.0和10.5 mg/g;并具有良好的再生性和重复使用性,循环使用5次后吸附容量变化很小. 吸附过程符合准二级动力学方程,可用Langmuir吸附等温方程描述.     

多孔炭材料的制备及在废水处理中的应用研究进展

以微孔炭、介孔炭及大孔炭为代表的多孔炭材料,因其三维多孔结构和良好的热稳定性而具有优异的吸附性能,其主要制备方法有活化法、软硬模板法等。在介绍了三种多孔炭材料制备方法与特点的基础上,综述了多孔炭材料作为吸附剂在重金属离子废水、染料废水和其他废水处理中的应用研究进展。     

淀粉基多孔碳材料的制备及其吸附CO2/CH4性能

以淀粉为原料,使用水热法将其碳化后用活化剂KOH对其活化,制备了淀粉基多孔碳材料,并对其进行结构表征和CO₂/CH₄的吸附性能测试,计算吸附热以及材料对CO₂/CH₄的吸附选择性,讨论了碳材料结构对其吸附性能的影响。结果表明：在制备过程中,随着活化剂KOH用量比例的增大,所制得的材料其比表面积和孔容增大,其孔径分布也就越宽。所制得的碳材料其比表面积可达2972 m²·g^-1。这些淀粉基多孔碳材料对水蒸气的吸附等温线呈现出Ⅳ类等温线。所制备材料对CO₂吸附容量主要取决于其孔径小于0.8 nm的累积孔容（Vd < 0.8 nm）。材料的超微孔的孔容越大,其对CO₂吸附容量也越大。所制备的C-KOH-1材料在101325 Pa和298 K条件下,对CO₂的吸附量达到4.2 mmol·g^-1,其对CO₂的吸附热明显高于其对CH₄吸附热,其对CO₂/CH₄吸附选择性为3.7～4.26,同时本文通过对材料的水蒸气吸附等温线进行测试,结果表明所得材料主要表现为中等憎水性,这对材料在实际工况的应用奠定了基础。     

煤层气浓缩用碳分子筛的研制及性能研究

为评价分析碳分子筛(Carbon Molecular Sieves,CMS)产品性能,以酚醛树脂废料为主要原料,通过添加助剂,采用炭化/气相沉积一体化工艺,制备了专用于煤层气提浓的BM碳分子筛(记为BMCMS)。采用CO_2吸附法、加压热重法及四塔变压吸附法对BMCMS及商业碳分子筛(记为JCCMS)的孔隙结构、CH_4和N_2的吸附容量、速度以及对煤层气的实际分离性能等进行研究。结果表明,BMCMS碳分子筛的孔隙以0.85 nm以下微孔为主,主要分布在0.4~0.65 nm,其比例占整个孔隙的66%以上,高于JCCMS的65%;碳分子筛的孔隙直径为N_2分子的1.1~1.8倍时,该类孔隙适宜吸附N_2,而对CH_4的吸附具有阻碍作用;当用于PSA浓缩抽采煤层气时,可将煤层气中CH_4浓度提高25.6%,实际运行指标优于JCCMS。     

煤层气变压吸附用炭分子筛的制备研究

为解决煤层抽放气中CH4/N2的分离问题,以椰壳炭化料为原料,采用炭化、活化和炭沉积相结合的方法,以苯为沉积剂,改变工艺条件,制备了不同性能的炭分子筛,研究了炭分子筛前驱体的种类、苯流量对炭分子筛分离效果的影响,结果表明,在炭化温度450℃,炭化时间40 min,活化温度850℃,活化时间120 min时制备的炭分子筛前驱体,进一步制成炭分子筛对CH4/N2的分离效果最好;在750℃,沉积时间30 min,苯流量0.45 m L/min时制备的炭分子筛对CH4/N2的分离效果最好。     

Kinetics of removal of p-toluene sulphonic acid from concentrated solution by granular activated carbon

The removal of p-toluene sulphonic acid (p-TSA) from concentrated solution by granular activated carbon (GAC) was studied in batch experiments. The first order rate constant was found to be 5.5010 × 10^?5 s^?1 for a solution of 1000 mg dm^?3. In order to establish the rate limiting step the pore and film diffusion coefficients were calculated from the half time equations. Film diffusion was found to be rate limiting. The average value of the external mass transport rate constant was 2.91 × 10^?6 cm s^?1. The adsorption isotherm was adequately described by the Langmuir model and belongs to type ‘H’ of Giles' classification.     

Highly efficient separation of methane from nitrogen on a squarate‐based metal‐organic framework

Highly selective capture of methane from nitrogen is considered to be a feasible approach to improve the heating value of methane and mitigate the effects of global warming. In this work, an ultramicroporous squarate‐based metal‐organic framework (MOF), [Co₃(C₄O₄)₂(OH)₂] (C₄O₄^2? = squarate), with enhanced negative oxygen binding sites was synthesized for the first time and used as adsorbent for efficient separation of methane and nitrogen. Adsorption performance of this material was evaluated by single‐component adsorption isotherms and breakthrough experiments. Furthermore, density functional theory calculation was performed to gain the deep insight into the adsorption binding sites. Compared with the other state‐of‐the‐art materials, this material exhibited the highest adsorption selectivity (8.5–12.5) of methane over nitrogen as well as the moderate volumetric uptake of methane (19.81 cm³/cm³) under ambient condition. The unprecedented selectivity and chemical stability guaranteed this MOF as a candidate adsorbent to capture CH₄ from N₂, especially for the unconventional natural gas upgrading. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 3681–3689, 2018     

ZIF-8浆液法分离CH4/N2的双吸收-吸附塔工艺流程建模与模拟

由于ZIF-8浆液独特的可流动性,可以借鉴传统的吸收-解吸工艺,实现煤层气中甲烷的多级连续高效富集。在单吸收-吸附塔工艺的基础上,为了进一步降低能耗,提出了高低压双吸收-吸附塔新型分离工艺,并对该工艺进行了全流程建模及模拟。采用平衡级法,建立了工艺流程中各单元传质设备的数学模型,包括吸收-吸附塔、闪蒸罐、解吸塔。此外,还进行了灵敏度分析,探究了平衡级数、进料位置、气液比、解吸压力等因素对产品气中甲烷浓度以及回收率等工艺性能的影响。模拟结果表明,当产品气中甲烷浓度达到90.13%（mol）时,回收率为90.25%。并且单位原料气能耗为0.445 kW·h∙m^-3（原料气）,低于单塔能耗（0.510 kW·h∙m^-3）。由此,改进的双塔工艺在满足甲烷纯度和回收率的同时,相较于单塔工艺进一步降低了能耗。     

Experimental and theoretical study of methane adsorption on granular activated carbons

The experimental and theoretical study of methane adsorption on granular activated carbons is presented. The adsorption data are modeled by various isotherm equations. Toth equation is found to have the best fit. The isosteric heat decreases with loading and increases weakly with temperature, which is an indication of heterogeneity of the methane and granular activated carbon system. Using optimized parameters from Toth equation, a novel procedure is developed to calculate the integral heat of adsorption, which is the total amount of isosteric heat of adsorption at a given temperature and pressure during the adsorption process. © 2011 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2012     

Modified carbon nitride as an efficient adsorbent for ammonia nitrogen with low concentration

The adverse effects of excessive ammonia on aquatic ecosystem have provoked the development of efficient methods for its removal. Here, we present a thermal copolymerization of melamine and sodium hydrogen carbonate and successfully introduce oxygen groups into the structure of g-C₃N₄, which is applied to low-concentration ammonia removal. Oxygen groups are introduced into g-C₃N₄ and increase its surface electron negativity. When the initial concentration of ammonia nitrogen is 18.74 mg L⁻¹, the lowest concentration of it after adsorption is 1.43 mg L⁻¹, and the ammonia nitrogen removal efficiency is 92.3%. The main reason for our material high performance on adsorption ammonium may be ascribed to deprotonated carboxylic acid, which has the ability to adsorb positively charged ammonium ions.     

废聚苯乙烯泡沫制备颗粒活性炭

研究了以废聚苯乙烯泡沫为原料制备颗粒活性炭的工艺过程。在将聚苯乙烯炭化(600~650℃)后,采用物理活化法(水蒸气)进行了系列实验,活化时间为60 min,活化温度范围800~950℃。实验结果表明,聚苯乙烯炭化物是制备颗粒活性炭的良好原料。不定型颗粒产品灰分低于0.20%,微孔发达,碘值在1200 mg/g以上;定型活性炭比表面积在1400 m2/g以上,碘值达到1100 mg/g。