临界温度附近三种不同多孔材料对氢的吸附特性的研究

论文摘要

本论文对在低温临界温度附近,氢在微孔沸石、碳纳米管、镀钯氧化铝三类多孔材料上的吸附存储性能进行了实验测定与理论研究。在自行安装的低、高压吸附装置上,在温度为20.4K、33.2K、40K、50K、77K、87K、291.7K,压力范围为低压0-133KPa和高压0-4MPa的条件下测定了氢气在这些吸附剂上的吸附等温线。提供了临界温度附近区域氢的吸附热力学、吸附量等系统的基础数据,用经典吸附理论、吸附势理论对氢在以上材料上的吸附机理进行了分析。得出了如下结论:（1）氢气在20.4K、33.2K、40K沸石上的吸附等温线属于Ⅰ型,20.4K温度下吸附量得出的比表面积、孔容积、孔半径数值比33.2K下得到的数值偏小,与33.2K下的一些假设有关。由t法、α法分别求出33.2K温度下的比表面积、孔容积并进行了比较。（2）13X、ZSM-5、5A、4A、3A型沸石中,相同条件（20AK,123.2KPa）下,13X的氢吸附量最大值为3.2wt.%,对于孔径较大的13X型沸石和只含H+的ZSM-5型沸石,阳离子对吸附量的影响可以忽略,而对于孔径较小的A型沸石,阳离子对吸附量有显著影响。发现吸附量与沸石的比表面积和微孔容积呈线性关系。（3）描述Ⅰ型等温线的Toth方程和Freundlich-Langmuir方程可用于描述超临界氢吸附实验结果,但饱和吸附量随温度而变化,这与其物理意义不符。基于Polanyi吸附势理论,从实验数据确定了一般特征曲线表达式:该表达式可较好地描述本实验条件下氢在沸石、碳纳米管上的超临界吸附等温线。（4）氢在碳纳米管上的77K吸附等温线属于Ⅰ型,在氧化铝、镀钯氧化铝上的吸附等温线属于Ⅲ型。在氢的临界温度附近,对其在上述材料上的吸附行为进行研究,并对比了氢在氧化铝、镀钯氧化铝上的吸附行为。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 沸石分子筛简介
• 1.1.1 沸石分子筛的发展历史
• 1.1.2 沸石分子筛的分类
• 1.1.3 沸石分子筛的结构、性质及应用
• 1.2 沸石分子筛储氢研究进展
• 1.2.1 实验研究进展
• 1.2.2 沸石储氢理论研究进展
• 1.2.3 碳纳米管储氢实验研究
• 1.2.4 碳纳米管储氢理论研究
• 1.3 吸附的基本概念
• 1.3.1 吸附的定义
• 1.3.2 吸附剂孔结构及其表征
• 1.3.3 吸附量的Gibbs定义
• 1.3.4 吸附等温线及其分类
• 1.4 吸附理论
• 1.4.1 Langmuir理论
• 1.4.2 BET理论
• 1.4.3 吸附势理论及微孔填充理论
• 1.5 超临界吸附实验及理论
• 1.5.1 超临界吸附
• 1.5.2 超临界吸附的特点
• 1.5.3 超临界吸附的实验测量及其影响因素
• 1.5.4 超临界吸附的理论研究
• 1.6 选题依据及研究内容
• 第2章 吸附实验设备、测试过程及误差分析
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验测试步骤
• 2.2.1 吸附剂的处理
• 2.2.2 参比系统有效体积的测定
• 2.2.3 吸附系统自由空间体积的确定
• 2.2.4 吸附等温线的测定
• 2.2.5 吸附量的计算
• 2.3 误差分析
• 2.3.1 误差传递公式
• d误差分析'>2.3.2 参比室体积V_d误差分析
• 2.3.3 吸附系统体积误差分析
• 2.3.4 吸附量误差分析
• 2.4 氢气压缩因子的确定
• 2.5 本章小结
• 第3章 吸附剂表征
• 3.1 引言
• 3.2 临界温度下沸石分子筛的氢吸附表征结果
• 3.2.1 吸附等温线
• 3.2.2 比表面的确定
• 3.2.3 孔容积的确定
• 3.2.4 t-图法
• s-图法'>3.2.5 α_s-图法
• 3.2.6 孔径分布的确定
• 3.3 20.4K温度下沸石分子筛的氢吸附表征结果
• 3.3.1 吸附等温线
• 3.3.2 比表面及孔体积的确定
• 3.3.3 孔半径的确定
• 3.4 本章小结
• 第4章 氢在碳纳米管、镀钯氧化铝、分子筛上的超临界吸附研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料
• 4.3 碳纳米管吸附等温线
• 4.3.1 分析与讨论
• 4.4 吸附热效应
• 4.4.1 等量吸附热
• 4.4.2 平均吸附热
• 4.5 镀钯氧化铝吸附等温线
• 4.5.1 分析与讨论
• 4.6 沸石等温吸附曲线
• 4.7 氧化铝与镀钯氧化铝吸附特性的简单对比
• 4.8 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 发表文章
• 致谢