煤層氣的開發(fā)利用對改善能源結構、緩解大氣污染意義重大,其難點在于CH₄/N₂的分離。變壓吸附(PSA)分離憑借工藝適用性強、操作靈活等優(yōu)點備受關注,其核心在于高效吸附劑的開發(fā)。炭材料憑借豐富的孔結構、表面性質可調、良好的穩(wěn)定性等優(yōu)點在PSA分離CH₄/N₂領域受到青睞,成為CH₄/N₂吸附分離常用的吸附劑。本論文主要研究了微孔炭的制備和CH₄/N₂吸附分離性質。首先,采用聚合物熱解法和模板法分別制備了微孔碳基吸附劑,并探究了實驗過程中制備條件對吸附劑的孔結構和吸附性能的影響;采用N₂吸脫附、XRD、FT-IR、SEM等對其微觀結構進行表征;并選取孔結構和吸附性能較優(yōu)的樣品測量CH₄和N₂的吸附等溫線,對其進行Langmuir和Freundlich擬合并計算選擇性。結果表明,熱解聚偏氟乙烯制備的微孔炭孔隙發(fā)達,最優(yōu)的制備條件為焙燒溫度800°C,升溫...

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 選題背景
    1.2 煤層氣概述
        1.2.1 煤層氣用途
        1.2.2 煤層氣開采
        1.2.3 煤層氣利用現(xiàn)狀
    1.3 CH₄/N₂分離技術
        1.3.1 深冷分離
        1.3.2 膜分離
        1.3.3 溶劑吸收
        1.3.4 吸附分離
    1.4 PSA分離吸附劑
        1.4.1 沸石分子篩
        1.4.2 金屬有機骨架
        1.4.3 炭材料
    1.5 微孔炭材料
        1.5.1 無序微孔炭材料
        1.5.2 有序微孔炭材料
    1.6 選題思路與研究內容
        1.6.1 選題思路
        1.6.2 研究內容
第二章 實驗部分
    2.1 實驗藥品及儀器
        2.1.1 實驗藥品
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 PVDF基微孔炭制備
    2.3 模板法微孔炭制備
        2.3.1 吸水率測定
        2.3.2 模板法微孔炭制備
    2.4 樣品的表征
        2.4.1 低溫N₂吸脫附
        2.4.2 X-射線衍射(XRD)
        2.4.3 傅立葉紅外光譜(FTIR)
        2.4.4 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.4.5 碘吸附
    2.5 CH₄和N₂吸附等溫線測定
第三章 PVDF基微孔炭的制備及工藝優(yōu)化
    3.1 前言
    3.2 微孔炭的制備
        3.2.1 熱解PVDF微孔炭的制備
        3.2.2 KOH活化PC微孔炭的制備
    3.3 微孔炭的表征分析
        3.3.1 微孔炭的SEM分析
        3.3.2 微孔炭的孔結構分析
        3.3.3 微孔炭的XRD分析
        3.3.4 微孔炭的FT-IR分析
    3.4 熱解PVDF微孔炭制備的工藝優(yōu)化
        3.4.1 焙燒溫度的篩選
        3.4.2 升溫速率的篩選
        3.4.3 焙燒時間的篩選
    3.5 KOH活化PC微孔炭制備的工藝優(yōu)化
        3.5.1 升溫速率的篩選
        3.5.2 活化時間的篩選
        3.5.3 堿炭比的篩選
    3.6 本章小結
第四章 CH₄/N₂在PVDF基微孔炭上的吸附分離
    4.1 前言
    4.2 CH₄和N₂在PVDF基微孔炭上的吸附平衡
        4.2.1 CH₄和N₂在PVDF基微孔炭上的吸附等溫線
        4.2.2 CH₄和N₂吸附等溫線的擬合分析
        4.2.3 CH₄和N₂在PVDF基微孔炭上的吸附熱
    4.3 CH₄/N₂在PVDF基微孔炭上的吸附選擇性
        4.3.1 基于平衡吸附量的選擇性
        4.3.2 基于亨利常數(shù)的分離因子
    4.4 本章小結
第五章 模板法微孔炭的制備及CH₄/N₂吸附分離
    5.1 前言
    5.2 模板法微孔炭的制備
    5.3 TPC的表征分析
        5.3.1 TPC的孔結構分析
        5.3.2 TPC的XRD分析
        5.3.3 TPC的FT-IR分析
        5.3.4 TPC的SEM分析
        5.3.5 TPC的碘吸附值分析
    5.4 CH₄和N₂在TPC的吸附平衡
        5.4.1 CH₄和N₂在TPC的吸附等溫線
        5.4.2 CH₄和N₂吸附等溫線的擬合分析
        5.4.3 CH₄和N₂在TPC的吸附熱
    5.5 CH₄/N₂在TPC的吸附選擇性
        5.5.1 基于平衡吸附量的選擇性
        5.5.2 基于亨利常數(shù)的分離因子
    5.6 CH₄/N₂在不同吸附劑分離因子對比
    5.7 本章小結
結論與展望
參考文獻
致謝



本文編號：3859551