煤基碳材料对甲烷的吸附解吸性能研究

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1、论文题目：煤基碳材料对甲烷的吸附／解吸性能研究专业：材料学硕士生：温兴宏(签名指导教师：李侃社(签名马东民(签名摘要煤层气(CoalBedMethane)是指储存于煤层及其周围岩层中的非常规天然气，是由气体化合物(主要是甲烷)与气体元素组成的混合体。煤层气既是煤矿瓦斯爆炸事故发生率高的根源，又是补充我国常规天然气长远资源不足和改善能源结构的洁净能源。为此，本文选取甲烷在煤基碳材料(不同变质程度的煤、炭化料、活化料等)上的吸附，解吸行为进行深入研究，探讨煤基碳材料吸附甲烷的过程、本质和影响因素，对预防煤矿瓦斯爆炸事故的发生及煤层气开发、储存和应用有重要的理论和现实

2、意义。首先，本文研究了不同变质程度的煤对甲烷的吸附／解吸性能，发现随含碳量提高，吸附量增大，但贫煤吸附量较低、无烟煤最高。为了迸一步研究吸附本质，对无烟煤进行了炭化、活化处理。通过正交实验研究了碱炭比、活化温度和活化时间对煤基碳材料结构与性能的影响，表明当碱炭比为1．5：l，活化时间为1．5h，活化温度为750℃时效果较好、样品对甲烷的吸附能力较强。其次，对无烟煤、炭化材料、活化材料在AST-1000煤层气吸附，解吸实验仪上进行了甲烷的吸附／解吸实验研究。以等温吸附／解吸为手段，在30℃、绝压肌8IVIPa之间测试样品对甲烷吸附／解吸性能。结果表明原煤样经炭化后

3、，对甲烷的储存能力并没有明显改变；但当活化以后，样品对甲烷的吸附量明显增大。进一步研究了水分对吸附性能的影响，表明饱和吸附水增大了原煤样、炭化样对甲烷的吸附量，而减小了活化样对甲烷的吸附量，而且被活化样吸附的甲烷也不易从材料表面解吸，具有很好的稳定性。最后，通过碘吸附，亚甲基兰吸附，BET分析，FT-IR对样品进行了结构和性能表征。结果表明样品对甲烷吸附能力增大主要是由于比表面积和孔隙结构的变化；炭化和活化增大了样品的比表面积，减小了孔径，增大了对甲烷的吸附量。但炭化对无烟煤孔结构影响不大。当水分子在样品内表面形成覆盖膜后样品的孔径减小，一方面有利于中、大孔(无

4、烟煤及其炭化料)容纳更多的甲烷，致使样品对甲烷的吸附能力增大，另一方面也使得被吸附的甲烷分子更难从材料表面解吸，表现出材料对甲烷良好的储存性能。关键词：无烟煤；煤基活性炭：甲烷；吸附／解吸研究类型：应用研究Subject：StudyonIsothermAdsorption／DesorptionCharacterofCH4inCoal．basedCharMateriaIsSpecialty：MaterialScienceName：WenXinghong(SignaInstructor：LiKanshe(SignaMaDongminABSTRACTtu他)递雄X画盔

5、计佃re)丝。巫丝‰(SignatII嘞丛单Coalbedmethaneisasortofunconventionalnaturegaswhichgena'atedandstoredwithinthecoalrock．ItismadeofCH4andothergases．n把coalbedmethaneisoriginoffiredampexplosion,butitishopefulsupplementsofourcountryconventionllatul'algasandisthecleanenergywhichcanimproveenergystruc

6、ture．Soitisnec稍sa巧andimportantthattheisothermadsorption／desorptioncharacter,process，lawandinfluencefactorsofCH4incoalandcarbonmaterialsalesystemicallystudied．Firstly，theadsorpfion／desorptioncharacterofaseriesofsamplesWffl'estudied．n圮resultsshowedthatadsorptionvolumeincreaseswiththein

7、creasingofcarbonproportion,thevolumeofmeag∞coal(PhDisfewwhileanthracite(WYM)ismax．InordertostudytheeSSellceoftheadsorptiondeeply,thecharcarbonandactivecarbonbasedonWYMWel'eprepared．11圮influenceofalkalicoalratio．activationtemperatureandactivationtimetOsamplestructureandpropertiesweres

8、tudiedbyorth