活性炭的物理结构及吸附储氢的研究.doc

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1、活性炭物理结构及吸附储氢的研究姓名：戚莉莉学号：摘要活性炭(AC)在煤层瓦斯气体吸附分离上具有良好的应用前景。选用4种活性炭，利用77K氮气吸附表征了活性炭的物理性质。在自制的静态吸附装置上，测量了4种活性炭样品对瓦斯气(CH4/N2混合气体)在298K和318K时的平衡吸附量，结果发现4种活性炭对CH4/N2吸附能力有较大的差异。用Langmuir吸附方程关联实验数据，计算出4种活性炭在不同温度下对CH4/N2的分离因子。结合4种活性炭的物理性质以及其对CH4/N2的吸附量，分析了影响活性炭对CH

2、4/N2的吸附量的因素。活性炭在变压吸附分离浓缩瓦斯时，应具备合适的孔径，比表面积和孔容越大越好。论述了活性炭、碳纳米纤维、碳纳米管吸附储氢的研究历程，从实验、理论研究两个方面总结了前人的研究成果：活性炭在低温下有好的吸附储氢特性，但在室温条件下的结果却不令人满意，碳质吸附剂吸附储氢从理论到应用还有一段距离。关键词变压吸附分离活性炭分离因子一、活性炭的概念1、活性炭的定义经过一定工艺处理的、内部孔隙发达的具有吸附分子级物质能力的含碳材料。活性炭属于碳质吸附剂的一种，一般是指普通性能的碳质吸附剂。碳质

3、吸附剂是一种内部孔隙发达的人工含碳材料的总称。有时活性炭与碳质吸附剂在名称上不加明确区分。2、活性炭的孔隙活性炭巨大的吸附能力主要归功于其发达的内部孔隙。正是由于内部孔隙的表面提供了吸附质被吸附的场所。所以，比表面积是活性炭的一项重要指标。活性炭的孔隙可分为：微孔（Micropore<2.0nm）中孔（Mesopore2.0~50nm）大孔（Macropore>50nm）其中微孔提供的比表面积占95%以上，中孔比表面积一般小于5%，大孔比表面积几乎可以忽略。二、活性炭的种类通过测定活性炭的比表面积、

4、孔径分布等物理参数．同时将这些参数与cch的吸附量联系起来，以考察活性炭的微孔结构及其表面特性与CO2吸附能力之间的关系。采用3种商业产品的颗粒活性炭作为测定样品，分别用AC1、AC2和AC3表示。测定仪器采用比表面和孔隙吸附测定仪ONLNISORP100cx(美国Coulter公司)，比表面积、孔径分布等参数是通过计算液氮温度下氮在活性炭上的吸附／脱附等温线的测定数据得到。测量之前．样品在350℃、高真空(<10-4Pa)下处理4h。整个测量过程自动进行，数据的采集和处理也全部由微机控制完成。测量

5、结束后，可得任选相对压力范围内的BET比表面、MP方法得到的微孔分布、Kelvin方程和BJH方法得到的过渡孔容积和孔分布等。三、活性炭在污染防治中的应用 （1）被溶剂污染的空气的净化家装污染物甲醛、苯等挥发性污染物的净化。（2）汽车内饰污染物的净化新购的汽车，由于大量使用塑料件和溶剂，能够挥发出有毒气体，通过活性炭吸附可以净化车内空气。（3）污水治理在印染、染料、化工、生化、皮革以及造纸等行业，有大量难降解废水，通过活性炭处理可以得到深度净化，达到排放标准，甚至可以达到废水回用的目的。四、活性炭在

6、气体分离和净化中的应用 （1）空气分离制氮－－炭分子筛利用空气中氧分子和氮分子在炭分子筛孔隙中扩散动力学速度的差异，将氮气和氧气分离开。氧的扩散速度快，优先在炭分子筛上吸附，所以可以得到99.9%的氮气。一般是利用变压吸附技术实现制氮操作的。（2）氢气的分离－－变压吸附炭氢气是有机合成中的重要原料，利用变压吸附技术，可以从许多含氢气源中分离回收和制备纯氢，如水煤气、焦炉煤气、合成氨弛放气均可作为含氢气源。（3）乙烯回收、CO2制备－－变压吸附炭乙烯回收、CO2制备也是通过变压吸附技术实现的。这在石油

7、化工领域有广泛的应用。五、氢气在活性碳吸附剂上的吸附通常一切含碳的物质，如煤、重油、木材和其它含碳废料都可以加工成黑碳，经活制成活性碳。活性碳的特点是吸附容量大，抗酸耐碱化学稳定性好，解吸容易，在较高温度下解吸再生其晶体结构没有什么变化，热温度性高，经多次吸附和解吸操作，仍保持原有的吸附性能。最早关于氢气在高比表面活性碳上吸附的报道出现在1967年(A.Kidnay和M.Hiza)。该项工作主要是考虑低温环境下吸附剂(由椰子壳制作的焦炭)的吸附特性，并获得了76K温度下，压力为～90atm的吸附等温

8、线。此外，该文还报道了在25atm下，76K时出现的最大过剩吸附量值，20.2g／kg,相当于2.0％的重量密度。C.Carpetis和W.Peschka是首先提出氢气能够在低温条件下在活性碳中吸附储存的两位学者。他们在文献中第一次提出可以考虑将低温吸附剂运用到大型氢气储存中，并提出氢气在活性碳中吸附储存的体积密度能够达到液氢的体积密度。作者还对低温吸附储氢的技术可行性和经济可行性进行了研究,得到了在温度为78K和65K，压力为41.5atm时，氢在多种活性碳上的吸附