椰壳活性炭低温变压吸附天然气中CO2/CH4实验

结合天然气液化储运过程中低温与常规变压吸附(PSA)工艺,提出低温变压吸附净化天然气工艺.用椰壳活性炭对CO2和CH4单组份气体进行静态吸附,以及CO2/CH4二元混合气体动态模拟吸附分离.利用静态体积法研究-30～25℃,1.2～2.5 MPa下CO2和0～4 MPa下CH4在椰壳活性炭上的吸附行为,椰壳活性炭对两者的吸附量均随温度降低而增大.动态吸附分离实验压力为0.45,0.85,1.85 MPa,随温度或压力的降低,椰壳活性炭对CO2/CH4二元混合气体的分离因子不断增大,温度对其影响效果大于压力的影响,且在实验温度范围内CH4的动态吸附量呈先增大后减小的变化趋势.研究表明,椰壳活性炭对天然气脱碳具有广阔的应用前景.

块体椰壳活性炭的制备及其在低温冷凝板中的应用研究

聚变能是一种清洁高效的能源,在"碳达峰,碳中和"的大背景下,核聚变已成为一个重要的研究方向.中国在磁约束聚变方面的研究位于世界前列,且开展了 中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的设计研究工作.CFETR是一个大型真空设备,而低温泵输系统是CFETR的重要组成部分之一.低温泵输系统的主要功能是在等离子体运行过程排出由氢同位素,氦灰和各种杂质气体组成的等离子体废气,从而维持等离子体放电所需的动态真空度.低温泵内设有用超临界氦冷却到4.5K温度的低温板,对于沸点高于液氦的气体,低温板可以使泵抽气体凝结,从而实现抽气目的,然而CFETR所需泵抽气体中含有氦气,氦气无法在氦冷的低温板上冷凝,因此需要在低温板上加上吸附材料,通过将气体吸附在吸附材料的多孔结构中,进而实现氦气的泵抽.椰壳活性炭因其优异的吸附性能和大存储容量已成为低温泵所需吸附材料的首选材料,已有研究者选择使用环氧树脂等有机粘结剂为成型剂通过涂覆工艺制备低温板表面吸附层,但托卡马克聚变堆排出气体中含有大量的氚,氚会在泵输系统运行过程中对吸附层中的有机聚合物产生一定的辐照损伤.无机粘结剂相比于有机粘结剂具有优异的抗辐照稳定性,但其韧性较差,在低温环境下容易导致吸附层脱落.本文选择无机粘结剂作为主要活性炭成型粘结剂,通过在无机粘结剂中添加少量柔性聚氨酯的方法制备椰壳活性炭吸附层,在保证活性炭吸附层的抗氚辐照性能的同时,改善了活性炭吸附层的抗热震性能.论文主要包含四个方面的内容:1)块体椰壳活性炭的制备技术研究;2)活性炭吸附层与冷凝板金属基材界面性能研究;3)低温板上活性炭吸附层导热性能研究;4)活性炭吸附层低温吸附性能研究.第一部分主要内容为:以无机粘结剂作为主要成型剂,通过在无机粘结剂中添加少量柔性聚氨酯的方法制备块体椰壳活性炭.将成型剂中添加了柔性聚氨酯的样品与不添加柔性聚氨酯的样品进行了物理性能的对比,研究了成型剂含量与活性炭吸附层比表面积和抗压强度之间的关系.第二部分主要内容为:研究了成型剂含量对活性炭吸附层粘接强度的影响,并对粘附有活性炭吸附层的低温板进行了热震循环实验,探索出相对合适的聚氨酯在成型剂中的质量占比,同时证明了在成型剂中添加聚氨酯后活性炭吸附层抗热震性能的优越性.第三部分主要内容为:结合实验与数值模拟的方法对低温板上活性炭吸附层的导热性能进行研究,重点参数为活性炭吸附层的热扩散系数,比热容和导热系数,分析了活性炭吸附层的导热性能与温度,成型剂含量之间的关系.补足了新型活性炭吸附层的基础导热性能数据,并将数值模拟结果与实验结果相对比,从而建立了合理的活性炭吸附层热导率的数值模拟分析方法.第四部分主要内容为:对吸附过程中的理论抽速进行了计算,并在此基础上研究了活性炭吸附层在低温条件下对氢气与氦气的吸附性质,并对两者吸附结果进行对比分析.

椰壳活性炭固载离子液体及其在填充床中吸附净化沼气中CO_2的研究

在椰壳活性炭上原位成功合成离子液体并应用于填充床中的沼气净化实验.吸附剂使用傅里叶红外检测仪(FT-IR)N2吸附-脱附,X射线光电子能谱(XPS)以及热重分析(TG)表征手段进行表征.通过T-IF以及XPS表征结果说明季铵盐及咪唑类离子液体成功制备并固载到椰壳活性炭上.吸附剂AC-[N3444][Br]的分解温度约为320℃,而吸附剂kC-[BPIM][Br]和AC-[EPIM-NH2][Br]的分解温度约为350℃,与单纯的离子液体相比较,固载后离子液体的热稳定性有了一定的提高.椰壳活性炭的BET比表面积为～551m2/g,平均孔径和孔体积分别为1.64nm及0.363cm3/g.固载离子液体后BET比表面积,孔径和孔体积都略有下降.使用元素分析仪测量吸附剂中N元素的含量,通过N元素含量可以计算出活性炭中离子液体的固载量. 在沼气净化过程中阴离子类型至关重要,遵循以下顺序Br-][BF4][PF6-][Tf2N1.其中阴离子为[Tf2N-]的离子液体对C02吸附能力最好,含[Tf2N-]的离子液体是沼气净化过程中的最佳选择.AC-[N3444][Tf2N],AC-[BPIM][Tf2N]以及AC-[EPIM-NH2][Tf2N];这三种负载型离子液体吸附剂在20℃,0.5MPa下的饱和吸附量分别为2.40,2.58以及2.95mmol/g.除去活性炭本身吸附的CO2含量计算出单独离子液体对CO2的吸附量,AC-[N3444][Tf2N];和.VC-[BPIM][Tf2N]中1mol的离子液体能够吸附0.63和0.91mol的CO2,然而由于吸附剂AC-[EPIM-NH2][Tf2N]和CO2既存在物理吸附也存在化学吸附使得吸附值增加到1.50mol.固载离子液体后活性炭在沼气中对CO2的选择性有了很大的提高.由于吸附剂AC-[N3444]和AC-[BFIM]类型的吸附剂对CO2的吸附过程只存在物理吸附,因此,它们的等容吸附热分布在23-28KJ/mol.而对于含有伯胺的.kC-[EPIM-NH2]吸附剂,由于伯胺与CO2的化学作用使得吸附热增大到65-71KJ/mol. 由于应用于汽车燃料的沼气中CO2的含量应小于3%,所以在沼气净化过程中研究当填充床出口浓度达到3%时更为重要,在此过程中流速的影响非常大.当沼气流速为50mL/minl时吸附剂AC-[N3444][Tf2N],AC-[BPIM][Tf2N]以及AC-[EPIM-NH2][Tf2N]在20℃,0.5MPa下的Adsorption capacity(3%CO2)量分别为1.34,1.44以及1.95mmol/g,分别是相应的饱和吸附量的65.0%,63.0%以及71.5%.在此过程中对C02的选择性也都有相应的提高.吸附剂.AC-[N3444][Tf2N]和AC-[BPIM][Tf2N]的再生温度为60℃,而AC-[EPIM-NH2][Tf2N]的再生温度为80℃.在填充床中检测吸附剂的再生能力,经过循环10次吸附-脱附后,固载型离子液体依然能够展现出良好的吸附能力.

椰壳活性炭在炭浆法吸金阶段的吸附性能变化

椰壳活性炭已广泛应用于炭浆法提金工艺.吸附容量和吸附速度是表征炭活性的指标,而其强度是表征活性炭在炭浆工艺回路中抗磨损的重要指标.某金矿吸附柱取回的活性炭的吸附和强度试验结果表明,随着活性炭上载金量的增大,其吸附活性会下降,并最终达到平衡状态.活性炭只要在吸附前进行了磨角预处理,其强度在吸附阶段的变化不明显,即使载金量增大,在每槽中炭磨损量也基本保持稳定.

铁氧化物对活性炭处理尿液的影响

采用椰壳,果壳和木质活性炭进行尿液处理,分别研究了铁氧化物及尿液预处理对椰壳炭处理尿液的影响.结果表明:椰壳炭的比表面积最高,具有最佳的尿液处理效果,对TOC,PO43--P,TP,NH4+-N和TN的去除率可达35.02%,8.17%,11.98%,39.42%和14.79%;投加的铁氧化物对P的去除效果较好,去除率提高了14%,且酸预处理进一步提升了 P的去除效果,去除率提高了 9.29%;但在酸性条件下,有机物和NH4+-N的吸附能力略有所下降;吸附过程对有机物的削减主要是由于活性炭的吸附及尿素的分解所致;N去除的主要机理是由于鸟粪石的沉淀所致;P削减的主要原因为铁氧化物表面的羟基位点吸附和鸟粪石沉淀,酸性条件可促进铁氧化物和PO43-发生质子化过程,因此,其可进一步强化P的去除.综合上述结果,铁氧化物-活性炭吸附可有效去除尿液中有机物和P,是一种有效的尿液预处理工艺,以上结果可为尿液的处理和回收提供参考.

Effect of water vapor on adsorption of VOCs by modified cocoanut activated carbon水蒸气对改性椰壳活性炭吸附VOCs的影响

选取甲苯,甲基丙烯酸甲酯,吡啶3种不同极性的有机物作为吸附质,改性椰壳活性炭作为吸附剂,使用穿透曲线法研究了水蒸气对这3种VOCs在活性炭上吸附行为的影响,并同时讨论了水蒸气预处理对活性炭吸附的影响.结果表明,改性椰壳活性炭对3种有机废气均具有良好的吸附性能,但水蒸气的存在对极性小的甲苯吸附影响较大,尤其当甲苯浓度较低时,水分子易与甲苯产生竞争吸附.在对活性炭吸湿预处理后发现,吡啶,甲基丙烯酸甲酯分子可以置换出活性炭预先吸附的水分子,并且通过低温水蒸气加热再生法可以方便地完成活性炭再生过程,重复再生率可以维持在85%.

热解活化法制备高吸附性能椰壳活性炭

以椰壳为原料,采用高温直接热解活化法制备高吸附性能活性炭。研究了活化温度、活化时间对活性炭吸附性能的影响。研究结果表明,活化温度为900℃,热解活化时间为8 h,升温速率为10℃/min,制得碘吸附值为1 628.54 mg/g,亚甲基蓝吸附值为375 mg/g的高吸附性能椰壳活性炭,得率为9.41%。氮气吸附实验结果表明,该活性炭比表面积1 723 m2/g、总孔容积0.87 cm3/g、微孔容积0.68 cm3/g、中孔容积0.18 cm3/g、平均孔径2.03 nm。热解活化制备的椰壳活性炭样品性能优于市售水蒸气法椰壳净水活性炭国家标准。

不同种类酸改性椰壳活性炭吸附分离CO_2和CH_4

与采用碱改性活性炭的方法相比,关于酸改性的研究相对较少,尤其是采用有机酸改性活性炭用于吸附分离CO_2/CH_4中的研究鲜见报道。采用不同种类酸(包括无机酸和有机酸)对活性炭进行改性,利用N_2吸附解吸曲线、FT-IR、SEM、XRD对改性前后活性炭物理化学特性进行表征,同时测定了25℃时活性炭对CO_2和CH_4的等温吸附线。结果表明,酸改性后活性炭比表面积、孔体积等发生不同的变化,但改性后的微孔分布相对集中且出现孔径较小的微孔;有机酸改性活性炭对CO_2的吸附能力和对CO_2/CH_4的分离效果整体比无机酸好,其中以醋酸改性为最优;CO_2以物理吸附的方式被吸附在酸改性活性炭上,再生效果较好;采用有机酸对活性炭进行改性并用于吸附分离CO_2/CH_4是可行的。