氮气选择性吸附剂研究

论文摘要

我国煤层气资源丰富,开发利用的意义很大。我国煤层气利用率低主要是由于其中甲烷的浓缩问题没有得到有效解决。吸附法分离甲烷和氮气是一种较为经济合理的方法,目前常用的吸附剂如分子筛、活性炭等都是优先吸附甲烷,为了更为有效地浓缩甲烷,本文尝试开发优先吸附氮气的吸附剂。首先以树脂为原料用含钼化合物对其进行化学改性。用（NH4）6Mo7O24改性吸附树脂H103,Mo7O246-改性阴离子交换树脂D301,MoO22+改性阳离子交换树脂D072。其中,改性后的吸附树脂H103对氮气和甲烷的吸附能力差别较大,对甲烷的选择性好,可以选择吸附甲烷用于甲烷和氮气的分离。这几种树脂都不能作为氮气选择性的吸附剂。选择一种比表面积为377m2/g的B型硅胶,分别用（NH4）6Mo7O24、H3PO4?12MoO3·30H2O、MoO3、NH4NO3和钼蓝对其进行改性。对改性前后的吸附剂进行表征,结果显示,由于负载物阻塞了硅胶内的部分孔道,使其比表面积降低。分别测定室温下氮气和甲烷在各吸附剂上的吸附等温线,结果表明,浸渍比为1:1的钼酸铵改性样品对氮气和甲烷的平衡吸附量接近,与其它吸附剂相比,提高了对氮气的吸附选择性。这是由于钼酸铵中的钼和铵改变了吸附剂微观结构内的势场,从而阻碍了甲烷的吸附,同时促进了对氮气的吸附。针对氮气和甲烷混合气的穿透曲线实验也表明,改性后的吸附剂提高了对氮气的吸附选择性,但仍需进一步改进和提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题背景
• 1.2 吸附分离
• 1.2.1 吸附类型
• 1.2.2 吸附分离机理
• 1.3 吸附测定方法
• 1.3.1 静态实验
• 1.3.2 动态实验
• 1.3.2.1 动态法
• 1.3.2.2 色谱法
• 1.4 脱附测定方法
• 1.5 吸附剂
• 1.5.1 硅胶
• 1.5.2 树脂
• 1.5.3 活性炭
• 1.5.4 沸石分子筛
• 1.5.5 活性氧化铝
• 1.6 吸附剂的表征
• 1.6.1 吸附等温线
• 1.6.2 比表面积
• 1.6.2.1 BET 方法
• 1.6.2.2 经验的方法
• 1.6.2.3 D-R 方法
• 1.6.3 孔径分布
• 1.6.3.1 压汞法
• 1.6.3.2 基于Kelvin 方程的方法
• 1.6.3.3 密度函数理论与分子模拟
• 1.6.3.4 H-K 模型
• 1.6.3.5 基于D-A 方程的方法
• 1.7 本课题研究意义及主要工作
• 1.7.1 研究意义
• 1.7.2 本课题工作
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料和仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 高压吸附装置
• 2.2.2 低压吸附装置
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 吸附剂的准备
• 2.3.1.1 树脂的处理
• 2.3.1.2 硅胶的处理
• 2.3.2 高压吸附装置的校正
• 2.3.3 高压吸附实验
• 2.3.3.1 参比槽体积的确定
• 2.3.3.2 吸附槽自由空间体积的确定
• 2.3.3.3 吸附等温线的测定
• 2.3.4 低压吸附实验
• 2.3.4.1 参比槽体积的确定
• 2.3.4.2 吸附槽内自由空间体积确定
• 2.3.4.3 吸附等温线的测定
• 2.3.4.4 吸附量的计算
• 2.3.5 表征
• 2.3.5.1 比表面积的确定
• 2.3.5.2 孔径分布的确定
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 氮气和甲烷在树脂上的吸附
• 3.1.1 吸附树脂H103 的表征
• 3.1.2 各树脂改性前后对氮气和甲烷的吸附性能
• 3.1.3 小结
• 3.2 氮气和甲烷在硅胶上的吸附
• 3.2.1 不同种类含钼化合物对硅胶吸附性能的影响
• 3.2.1.1 各吸附剂上氮气和甲烷的吸附等温线及其分析
• 3.2.1.2 改性样品中的硅胶与实际硅胶的吸附性能比较
• 3.2.1.3 各吸附剂上氮气/甲烷的平衡吸附量之比
• 3.2.1.4 小结
• 3.2.2 钼粉的吸附性能
• 3.2.3 浸渍比对钼酸铵改性硅胶吸附性能的影响
• 3.2.3.1 不同浸渍比样品上的氮气和甲烷吸附等温线及其分析
• 3.2.3.2 改性样品中的硅胶与实际硅胶的吸附性能比较
• 3.2.3.3 各吸附剂上氮气/甲烷的平衡吸附量之比
• 3.2.3.4 样品的表征
• 3.2.3.5 小结
• 3.2.4 浸渍比为1:1 的钼酸铵改性样品的讨论
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢