X型沸石K~+交换度对CH_4/N_2吸附分离性能的影响

以工业13X型沸石为原料,采用静态离子交换法制备KX型沸石,研究K~+交换度对X型沸石结晶度、孔结构、CH_4和N_2吸附分离性能以及吸附热等的影响。通过X射线衍射、骨架红外、77K下氮气吸附/脱附对KX型沸石进行表征。在298K、100kPa的条件下测定样品对CH_4和N_2的吸附等温线并对其进行Freundlich吸附式拟合和吸附热的计算。实验结果显示,随着K~+交换度的增加,样品的结晶度下降,比表面积和微孔体积下降。N_2的吸附量和吸附热随着K~+交换度的增加而减小;而CH_4的吸附量先升高后降低,当K~+交换度达到32%时,CH_4的吸附量上升至8.6cm3/g,此时CH_4/N_2的分离比最高达到3.1。     

微孔/介孔复合分子筛的合成及其对CO2的吸附性能

采用两步晶化法将合成的沸石前驱液(S)或沸石固体粉末(P)经不同浓度(c)的NaOH处理后, 分别以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)软模板或介孔炭(Meso-C)硬模板为导向剂, 自组装合成S-β-MCM41(c)、P-β-MCM41(c)、P-ZSM-MCM41(c)、P-ZSM-C系列微孔/介孔复合分子筛. 考察了沸石分子筛种类、碱处理液浓度以及介孔模板剂对合成复合分子筛结构与性能的影响. X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附表征结果表明产物具有微孔/介孔多级孔结构. 该材料对CO₂的吸附能力比纯微孔或介孔材料均有明显提高, 其中P-ZSM-MCM41(2)的CO₂吸附容量最大可达1.51 mmol·g^-1, 为ZSM-5沸石吸附量的两倍多.     

小孔沸石微结构的CO_2吸附表征

以3种已知结构的小孔沸石3A、4A和5A为研究对象,以N2和CO2为吸附质,通过吸附数据测定,研究了小孔沸石微孔结构的吸附表征方法.结果表明,N2吸附无法检测4A沸石的孔,而CO2吸附可以检测.对于4A和5A沸石,在35s内CO2吸附就可以达到平衡.HK(Horvath-Kawazoe)柱状模型不能表征4A和5A沸石的孔结构,但是HK球形模型可以,基于最大吸附量、D-A(Dubinin-Astakhov)方程和Langmuir-Freundlich模型计算了4A和5A沸石的微孔孔容,其中根据最大吸附容量和D-A方程计算的微孔孔容与文献值最接近.     

ZSM-35沸石对水和苯的吸附及其孔结构

用高真空重量法测定了20—200℃范围内,ZSM-35佛石对水和苯的吸附等温线。讨论了Langmuir,BET理论和微孔体积填充理论对ZSM-35—H_2O体系的适用性,提出了用Pickett三参数方程描述沸石—蒸气体系吸附平衡,确定沸石表面积及用W_0=10~(-4)·S·n＇·t式计算沸石微孔体积的方法。在ZSM-35—H_2O体系具有特征曲线温度不变性的基础上,给出了该体系吸附平衡方程θ=exp[-(A/3800)~(1.1)],并由此外推计算了吸附等温线和确定了沸石的孔体积。结果表明,ZSM-35沸石的比表面积为375m~2/g,微孔体积为0.158ml/g。     

纳米晶簇多级孔道L沸石的合成及其脱硫性能

采用晶化培育法制备了L沸石纳米晶簇,以其作为前驱体,并以3-三甲基甲硅烷基丙基十六烷基二甲基氯化铵(TPHAC)为模板剂,合成了微孔-介孔多级孔道L沸石(MeLTL沸石).通过X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、27Al固体魔角核磁(27AlMASNMR)和吡啶傅立叶变换红外(Py-FTIR)等方法对MeLTL沸石进行了表征.研究结果表明,MeLTL沸石是由L沸石纳米晶簇自组装形成的,并具有介孔孔道和L沸石的微孔结构以及适宜的酸量与酸强度,其比表面积和孔体积分别高达611m2.g-1和0.696cm.3g-1.将MeLTL沸石作为添加剂引入柴油加氢脱硫催化剂载体中,并与添加L沸石、Al-MCM-41和仅以γ-Al2O3为载体的催化剂进行比较,其脱硫性能为最佳,经加氢后的柴油硫含量仅为9.3μg.g-1,脱硫率达99.3%.     

巨正则系综Monte Carlo模拟方法确定活性炭的微孔尺寸

根据299K下甲烷在活性炭中的吸附实验数据,通过调节狭缝微孔的孔宽参数,利用巨正则系综MonteCarlo(GCEMC)方法得到不同孔宽下流体的微观结构以及吸附等温线.比较并拟合模拟结果和实验数据,确定了活性炭微孔的平均孔宽,为下一步求解微孔尺寸分布以及为预测吸附剂在不同温度下吸附不同吸附质分子时的吸附性能提供了基础与指导.模拟中,甲烷分子采用单点Lennard-Jones球型分子模型,活性炭用狭缝孔来近似表征,流体分子与单个狭缝墙的相互作用采用著名的Steele的10－4-3势能模型.模拟表明,此方法为考察介孔材料的微孔分布以及微孔平均孔宽提供了新的思路.     

多级孔NaX分子筛的合成及CO2吸附性能

采用两步晶化和氨基酸辅助的协同合成策略, 制备了具有高产率(89%)和高结晶度(微孔体积为0.30 cm ³/g)的多级孔NaX分子筛. 利用X射线粉末衍射、 扫描电子显微镜、 透射电子显微镜和氮气吸附等技术, 考察了两步晶化和氨基酸加入量对NaX分子筛的形貌、 相对结晶度和产率的影响. 实验结果表明, 两步晶化有利于多级孔结构的产生, 氨基酸的引入有助于提高分子筛相对结晶度和产率. 与传统方法合成的NaX分子筛相比, 该合成策略制备的多级孔NaX分子筛展现出更优异的CO₂吸附性能, 在273 K和100 kPa条件下, 其CO₂吸附量达到154.2 cm ³/g, 而传统NaX分子筛的CO₂吸附量为147.6 cm ³/g. 该合成策略为绿色且高效制备高质量的多级孔分子筛提供了新思路.     

高性能T型沸石膜的合成及水热/耐酸性能

考察了晶种尺寸形貌及晶化温度对T型沸石膜的形成演化过程以及分离性能的影响,调查表明采用小尺寸的晶种可制备出致密的沸石膜,且膜的生长速率受晶化温度影响,低温下合成同性能的膜需更长的晶化时间。当晶种尺寸分别为0.4和0.6μm时,423 K晶化4 h可制得高性能的T型沸石膜,348 K分离90%(w/w)异丙醇/水混合物体系,其通量分别高达6.21和5.98 kg·m~(-2)·h~(-1),分离因子均10 000。实验发现,膜的形成过程受外延生长机理控制,与晶种形貌尺寸和晶化温度无关,且所制得的高性能T型沸石膜具有很好的水热稳定性及耐酸性。     

粉煤灰基NaA/NaX双晶型沸石分子筛构建及其协同吸附氨氮性能

以粉煤灰为原料,采用“联合改性三步合成法”——超声辅助碱熔微波晶化法联合废旧玻璃/13X晶种/NaH₂PO₄浸渍三阶段改性合成沸石分子筛(GFS);作为对比,采用传统碱熔水热法合成沸石分子筛(FS);采用“三步合成法”——超声辅助碱熔微波晶化法合成沸石分子筛(WFS)。并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、能量色散光谱(EDS)、N₂吸附-脱附等方法对材料的组成、形貌和结构进行了表征。结果表明,WFS和GFS较FS具有更高的比表面积和发达的介孔、微孔,且沸石分子筛晶型从NaA单晶型转为NaA/NaX双晶型。氨氮吸附实验结果表明,GFS (56.01 mg·g^-1)较WFS (49.17 mg·g^-1)和FS (39.75 mg·g^-1)吸附性能更优,吸附动力学和热力学数据符合二级动力学模型和Langmuir模型,氨氮吸附过程为以离子交换为主的吸附,且为自发放热过程,低温促进氨氮吸附。     

单壁碳纳米管中甲烷吸附的分子模拟

采用巨正则系统MonteCarlo方法研究了甲烷在单壁碳纳米管(Singlewallcarbonnanotube,SWNT)中于低温74.05K下的吸附等温线及吸附机理,发现在两个较小的孔径(1.225nm和1.632nm)下单壁碳纳米管中甲烷的吸附有着明显的微孔所独有的“填充效应”,而在2.04nm以上的孔的吸附中会出现毛细凝聚现象。通过模拟知道发生毛细凝聚的必要条件是孔内能至少容纳下两层粒子,此外还导出在恒定温度下毛细凝聚吸附量与SWNT孔径关系。本文还模拟了常温300K下甲烷在SWNT内的吸附,对比了2.04nm和4.077nm两种孔径的SWNT吸附甲烷的等温线,推荐在4.077nm孔中的适宜吸附存储压力为5.0～6.0MPa,吸附质量分数可达16%～19%.     

晶种法合成UZM-9分子筛及其CO2/CH4/N2吸附分离性能

以TEAOH和TMAOH为有机模板剂,酸处理的UZM-9分子筛为晶种,采用水热法在48 h内合成出分子筛UZM-9,并对其CO₂/CH₄/N₂的吸附分离性能进行了研究。采用XRD、ICP、TG、SEM与气体吸附等手段对晶种法合成的UZM-9分子筛结构、耐水稳定性与吸附性能进行了研究。结果表明,晶种法可以在2 d内合成出硅铝原子比在3以上、收率达到65%的UZM-9分子筛;所得分子筛的CO₂吸附容量可以达到5 mmol/g以上,吸附热为34 kJ/mol,CO₂/CH₄、CO₂/N₂与CH₄/N₂的平均分离因子分别为100、240与2.4,CO₂分离性能优良且具有一定耐水性能。     

ZIF-8吸附剂上CH4/N2的吸附分离性能与热力学性质

将沸石咪唑酯骨架结构材料应用于抽放煤层甲烷的浓缩净化研究。以三乙胺(TEA)为导向剂,ZnSO₄为金属离子源,水为溶剂,采用水热合成法进行了ZIF-8吸附剂的制备。采用XRD、物理吸附、动态吸附分离和反相气相色谱(IGC)等方法对ZIF-8的物理结构、化学稳定性、吸附分离性能和热力学性质进行了研究。结果表明,ZIF-8具有良好的化学稳定性,能够在强酸、强碱和强极性的溶剂中保持结构的稳定性;在298 K时,ZIF-8对CH₄/N₂的分离因子达到3.4,与活性炭相当,但CH₄、N₂在ZIF-8上的吸附热比在活性炭上低20%左右。     

Microwave-assisted pyrolysis of CH4/N2 mixtures over activated carbon

The aim of this work was to study the microwave-assisted pyrolysis of CH₄ over an activated carbon, which acted as both microwave receptor and catalyst, and the influence of using different CH₄/N₂ ratios on the conversion of CH₄ to H₂. In order to compare the results obtained in the microwave oven, the pyrolysis was also carried out under conventional heating (electric furnace, EF). The effects of N₂, which enhanced significantly CH₄ conversion, differed depending on the heating device used. Under EF heating, N₂ seemed to have an effect similar to distribute the CH₄ molecules within the activated carbon bed. Under microwave heating (MW), the N₂, as well as distributing the CH₄ molecules, favoured the generation of energetic microplasmas, leading to higher conversions. The prevalence of one role over the other depended on the CH₄/N₂ ratio, the appearance of energetic microplasmas being favoured with high percentages of N₂. Consequently, CH₄ conversion was higher at low CH₄/N₂ ratios. Additionally, the formation of carbon nanofibres in experiments where a combination of N₂ and MW heating was used is also reported.     

Separation of CO_2–N_2 using zeolite NaKA with high selectivity

The adsorption method based on solid adsorbents is one of feasible ways to capture and store CO_2. Using the ion exchange method, different zeolites Na KA varying in K+content were produced. The adsorption isotherms and kinetic uptakes were measured. The experimental results show that the optimal NaKA could adsorb significant quantities of CO_2 and little N_2. On the zeolite Na KA with 14.7 at.% K+, the adsorption capacity for pure CO_2 is over 3.10 mmol g~(-1) and the CO_2–N_2 selectivity is about 149 at ambient pressure and temperature. The kinetic CO_2–N_2 selectivity could also achieved 200 within 3 min according to the uptake data. To demonstrate the separation effectiveness, breakthrough curves of pure components and binary mixtures were investigated experimentally and theoretically in a fixed bed. It is found that the breakthrough points of CO_2 and N_2 are almost at the same time under the atmospheric pressure at 348 K with the raw gas composition CO_2/N_2(20:80, v/v). If the pressure has been increased higher than 0.1 MPa, CO_2 would break through the bed much slower than N_2. Therefore, the pressure may become the limiting factor for the separation performance of zeolites NaKA.     

二氧化碳/甲烷/氮气二元混合物在有序介孔碳材料CMK-3 中的吸附和分离

采用分子模拟与吸附理论研究了天然气成分在有序介孔碳材料CMK-3上的吸附和分离.巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)模拟表明,CH4和CO2气体的较优存储条件分别为208 K、4 MPa和298 K、6 MPa,其最大超额吸附量分别为10.07和14.85 mmol· g-1.基于双位Langmuir-Freundlich (DSLF)模型,使用理想吸附溶液理论(IAST)预测了不同二元混合物在CMK-3中的分离行为,发现吸附选择性Sco2/CH4与ScH4/N2比较接近,在298 K和4 MPa下约等于3,而N2-CO2体系中的CO2吸附选择性较高,可达到7.5,说明CMK-3是一种适合吸附和分离天然气组分的碳材料.     

Rate constant of the reaction of NO3 with CH2I2 measured with use of cavity ring-down spectroscopy

We have applied cavity ring-down spectroscopy to a kinetic study of the reaction of NO₃ with CH₂I₂ in 25–100 Torr of N₂ diluent at 298 K. The rate constant of reaction of NO₃ + CH₂I₂ is determined to be (4.0 ± 1.2) × 10⁻¹³ cm³ molecule⁻¹ s⁻¹ in 100 Torr of N₂ diluent at 298 K. The rate constant increases with increasing pressure of buffer gas below 100 Torr. The reaction of CH₂I₂ with NO₃ has the potential importance at nighttime in the atmosphere.     

浓凝胶转换法制备纳米SAPO-34及其CH4/N2吸附分离性能研究

通过浓凝胶转换法合成了一种厚度约为50 nm, 大小约为200 nm的纳米片状SAPO-34分子筛, 经XRD, SEM, ICP和氮气(77 K)吸附-脱附等方法对其进行了表征, 结果显示, 相比于微米级立方体形的SAPO-34 (2 μm), 本文合成的纳米片状SAPO-34表现出更高的比表面积(818.68 m²/g)和孔容(0.57 cm³/g). 比表面和孔容积的增大使其气体吸附容量得到较大的提升, 其中CH₄的吸附容量达到25.74 cm³/g, 提升了60%, 高于绝大多数分子筛吸附剂, 同时CH₄/N₂的吸附选择性未出现明显下降(3.1), 且达到商用吸附剂水平(＞3.0). 通过CH₄/N₂(体积比1∶1, 298 K)混合气体穿透测试证明所合成的纳米SAPO-34是一种有效的CH₄/N₂分离吸附剂, 在煤层气富集脱氮工业中具有极大的应用潜力.     

一个基于5-(3-氨基-吡啶-4-基)-间苯二羧酸和桨轮状[Cu2(COO)4]簇的rtl-金属有机骨架材料的合成及其CO2选择性吸附性质

利用新配体5-（3-氨基-吡啶-4-基）-间苯二羧酸（NH₂-H₂L₁）,我们成功设计、合成了一例氨基功能化的柱-层型rtl-MOF,SNNU-Bai65。与原型MOF（SYSU）对比,极性官能团氨基对孔表面的功能性修饰和对孔道的分割使得SNNU-Bai65经活化后展现出更好的CO₂/N₂和CO₂/CH₄的选择性CO₂吸附性能。     

Effects of potassium promoter on the performance of PdCl_2–CuCl_2/AC catalysts for the synthesis of dimethyl carbonate from CO and methyl nitrite

The effect of potassium(K) promoter on the catalytic performance of activated carbon(AC) supported Wacker-type catalysts(Pd Cl2–Cu Cl2/AC) for the synthesis of dimethyl carbonate(DMC) from CO and methyl nitrite(MN) was investigated by means of N2 adsorption, H2-temperature-programmed reduction(H2-TPR), and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). The experimental results showed that the space time yield of DMC on Wacker-type catalysts with different K promoters ranked in the following order: KCl KOH CH3 COOK K2CO3. Especially, the addition of KCl significantly improved the catalytic activities of Pd Cl2–Cu Cl2/AC catalyst for DMC synthesis from CO and MN. N2 adsorption data indicated that the addition of K promoters did not change the textural properties of Wacker-type catalysts greatly. H2-TPR and XPS results demonstrated that the existence of KCl promoted the reducibility of Cu2+species and increased the proportion of Cu2+species on catalyst surface, which is favorable for oxidizing Pd0 to active Pd2+. Further, the addition of KCl benefited the reactivity of Pd Cl2–Cu Cl2/AC catalyst for DMC synthesis from CO and MN.     

CO_2在三聚氰胺酚醛纤维上的吸附分离

以三聚氰胺、间苯三酚和甲醛为原料,通过水热缩聚反应合成了三聚氰胺酚醛纤维(PMF),考察了温度对PMF合成的影响。以扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸脱附和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱等表征了PMF的形貌和结构,并采用体积法测定不同温度下CO_2和N_2在PMF上的单组分吸附平衡等温线。结果表明,在393 K下合成的PMF具有较大的比表面积(64 m2/g)和较高的CO_2吸附量(1.83 mmol/g,298 K、118 k Pa)。穿透柱实验表明,在298 K、200-600 k Pa,CO_2-N_2混合气在PMF上均可实现有效分离。将PMF在873 K下,N_2、H2及水蒸气等多种气氛中进行后处理,其比表面积和微孔孔容均显著增加,其中,在15%H_2O气氛中处理后,样品CO_2吸附量提高至2.83 mmol/g(298 K、118 k Pa)。