应用超临界温度氢吸附数据表征活性炭结构

为准确研究氢在活性炭上的吸附平衡,本文对比分析了由氮和氢在活性炭上吸附数据确定的活性炭的孔径分布(PSD)。首先,应用容积法,在0～12.5MPa压力范围、3个温度(113.15K、193.15K、273.15K)下测定氢在K05活性炭上的吸附平衡数据,并由引入系统内氢的质量衡算确定吸附池内氢的总量。其次,以77K氮吸附数据确定的PSD为初值、以吸附池内氢的总量为基准,通过优化非局域密度泛函理论(NDFT)计算值确定活性炭的PSD,进而比较表征介质、温度及平衡压力对PSD的影响。研究表明,应用氢吸附数据表征孔宽小于0.8nm的超细微孔的微分容积较大;平衡压力较高时,由不同温度氢吸附数据确定的超细微孔的PSD相近;孔宽大于1.2nm时,不同温度氢吸附数据确定的PSD间有明显偏差。须应用超临界温度高压氢或氢在亚临界温度区域的吸附数据,同时结合77K氮吸附等温线来表征吸附剂在超细微孔和微孔范围的PSD。     

非局域密度泛函理论表征活性炭孔径分布的改进算法

为提高由NLDFT计算值确定活性炭孔径分布(PSD)的精度,根据测得的77K氮在非石墨化碳黑BP460和椰壳活性炭K05上的吸附数据,比较了吸附空间及壁面结构采取不同假设对计算结果的影响。结果表明,常规将活性炭吸附空间近似为无限尺寸的石墨化碳黑表面构成的狭缝孔,并由Lorenz-Berthelot混合法则确定相互作用参数,计算值在较低压力区域和试验值之间的偏差明显;而将吸附壁面结构近似为非石墨化碳黑,并由表面粗糙度和石墨晶格分布的误差函数修正相互作用参数后,计算结果和试验值吻合良好。分析结果时发现,归一化方法和考虑周边吸附质分子作用的加权函数是影响NLDFT计算结果准确性的关键因素。     

YK-1活性炭平衡储氢特性分析

文中基于氢在椰壳活性炭YK-1上的平衡吸附数据,以探寻氢在碳基材料上适宜存储条件为目的,研究吸附氢分子间相互作用能随储存系统温度、压力、表面遮盖率的变化规律。首先,依据容积法的原理,在温度区间113K—293K、压力范围0—13MPa测试氢在YK-1椰壳活性炭上的吸附等温线。其次,应用格子理论推导通用吸附等温方程,通过等温方程的线性标绘确定氢分子在吸附表面的最大浓度,并由氢分子在活性炭典型吸附空间内受到的壁面作用势函数迭代求解氢分子受到的壁面作用势,进而获得与各吸附平衡态对应的氢分子间相互作用能。最后,根据氢分子间作用能随温度、表面遮盖率等的变化关系,分析氢分子在此活性炭上吸附的特点。