引用本文
吴丽威, 张静, 王长发, 宋涛. 容量法测量5A分子筛静态吸附CH4、CO和CO2的研究 [J]. 工业催化, 2019,27(10): 82-84.
Wu Liwei, Zhang Jing, Wang Changfa, Song Tao. Study on static adsorption of CH4,CO and CO2 over 5A zeolite by volumetric method [J]. Industrial Catalysis, 2019,27(10): 82-84.  
DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2019.10.015
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容量法测量5A分子筛静态吸附CH4、CO和CO2的研究
吴丽威1,*, 张静1, 王长发1, 宋涛2
1.西安元创化工科技股份有限公司,陕西 西安 710061
2.陕西东鑫垣化工有限公司,陕西 榆林 719000
通讯联系人:吴丽威。

作者简介:吴丽威,1986年生,硕士,高级工程师,从事化工催化剂表征研究工作。

收稿日期: 2019-04-28
摘要

采用容量法分别测量CH4、CO和CO2在5A分子筛上的等温吸附曲线,探究吸附温度和吸附压力对CH4、CO和CO2吸附量的影响。实验结果表明,吸附量随着吸附压力的上升逐渐增大。设定吸附温度在30 ℃、50 ℃和70 ℃时,5A分子筛在30 ℃时对CH4吸附量最大,为13.60 cm3·g-1;对CO和CO2吸附量均在50 ℃时呈现最大值,分别为17.68 cm3·g-1 和94.38 cm3·g-1。而吸附温度70 ℃时,对3种气体的吸附量均减小。

关键词: 分析化学; 等温吸附; 5A分子筛; 比表面及孔隙度分析仪; 容量法; 吸附量
中图分类号:TQ014;O655.2    文献标志码:A    文章编号:1008-1143(2019)10-0082-03
Study on static adsorption of CH4,CO and CO2 over 5A zeolite by volumetric method
Wu Liwei1,*, Zhang Jing1, Wang Changfa1, Song Tao2
1.Xi’an Origin Chemical Technologies Co.,Ltd.,Xi’an 710061,Shaanxi,China;
2.Shaanxi Dong Xinyuan Chemical Co.,Ltd.,Yulin 719000,Shaanxi,China
Abstract

Adsorption isothermal curves of CH4,CO and CO2 on 5A zeolite were measured by volumetric method.The effect of adsorption temperature and adsorption pressure on adsorption capacity was discussed.The experimental results showed that the adsorption capacity of CH4,CO and CO2 increased as the experimental pressure increased.When the adsorption temperature was 30 ℃,50 ℃ and 70 ℃,the largest adsorption capacity of CH4 on 5A zeolite was 13.60 cm3·g-1 at 30 ℃;the largest adsorption capacities of CO and CO2 were all at 50 ℃,which were 17.68 cm3·g-1 and 94.38 cm3·g-1,respectively.The adsorption capacities of the three gases were reduced at 70 ℃.

Keyword: analytic chemistry; isothermal adsorption; 5A zeolite; automatic surface area and porosity analyzer; volumetric method; adsorption capacity

变压吸附技术是近三十年来发展起来的气体分离与净化新技术。其工作原理是利用气体组分在不同固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性, 通过周期性的压力变换过程实现气体分离或提纯[1]。利用变压吸附技术净化合成氨原料气中的CO[2], 从炼化制氢尾气中分离提纯CO2、CH4和CO[3]以及脱除天然气中的C O2[4]等。变压吸附工业上常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭和分子筛等。通过实验测定静态下等温吸附线是评价吸附剂对各种气体组分吸附性能的重要指标, 为变压吸附装置设计以及分子筛的再生提供数据参考, 同时为新剂采购以及旧剂更换提供依据。

5A分子筛是一种由钙离子交换及人工合成的泡沸石, 是一种优良吸附剂, 具有很高的选择吸附分离能力, 常被应用于变压吸附工艺。本文设定3个吸附温度点, 分别测量CH4、CO和CO2在5A分子筛上的等温吸附曲线, 考察不同温度和压力时, 5A分子筛的吸附特性, 旨在为变压吸附工艺进行工业化设计提供一些基础数据。

1 实验部分
1.1 主要仪器设备

全自动比表面积及孔隙度分析仪, NOVA 4200e, 美国康塔公司; 电子天平, BSA224S-CW, 赛多利斯。

1.2 5A分子筛的准备与预处理

5A分子筛由陕西东鑫垣化工有限责任公司提供。称取约1.000 0 g的5A分子筛于样品管中, 放到仪器脱气站。设定脱气温度300 ℃, 对样品进行真空脱气处理3 h(真空度1.33× 10-7 MPa)。脱气完成后, 降至室温, 用He气填充。由差减法称量得到样品净质量。

1.3 实验过程

利用全自动比表面及孔隙度分析仪分别测定温度恒定在30 ℃、50 ℃和70 ℃时, 5A分子筛对CH4、CO和CO2的吸附等温线。将待测气体减压阀调至0.08 MPa, 卸掉液位传感器, 选择非RTD模式。在软件中设置相应吸附气体的参数、吸附温度以及吸附点。

2 结果与讨论
2.1 CH4吸附量

5A分子筛CH4吸附等温曲线如图1所示。由图1可知, 吸附温度一定时, 随着相对压力的增加, CH4吸附量逐步增加, 相对压力约1.0时, 吸附量达到最大。而吸附量随着温度的升高呈减小趋势, CH4平衡吸附量在30 ℃时为13.60 cm3· g-1; 吸附温度50 ℃时, 最大吸附量为6.30 cm3· g-1; 吸附温度70 ℃时, 最大吸附量仅为5.52 cm3· g-1。这是因为吸附时会产生吸附热, 降低温度有利于物理吸附的进行。

图1 5A分子筛CH4吸附等温曲线Figure 1 Isothermal adsorption curves of CH4 on 5A zeolite

2.2 CO吸附量

5A分子筛CO吸附等温曲线见图2。从图2可以看出, 吸附温度50 ℃时, CO吸附量达到最大, 为17.68 cm3· g-1。吸附温度升高至70 ℃时, CO吸附量降至13.23 cm3· g-1。温度越高, 气体分子动能越大, 能被吸附剂表面分子引力束缚的气体分子越少, 因而温度越高, 平衡吸附容量也越小。

图2 5A分子筛CO吸附等温曲线Figure 2 Isothermal adsorption curves of CO on 5A zeolite

2.3 CO2吸附量

5A分子筛CO2吸附等温曲线如图3所示。由图3可知, 5A分子筛的CO2平衡吸附量在50 ℃时最大, 为94.38 cm3· g-1。在压力低区间, CO2吸附量随压力的升高迅速增加; 而随着压力的增大, CO2吸附量增加速率逐步放缓, 相对压力约1.0时, 吸附量达到最大。从图3还可以看出, 吸附温度固定在30 ℃和50 ℃时, 在低压时吸附温度对分子筛吸附能力的影响较小, 这是由于吸附压力较低时, 5A分子筛的吸附作用主要为吸附势, 即吸附势对吸附的作用大于吸附压力。而随着压力的逐渐增加, 吸附压力对吸附的作用增强且大于吸附势[5]。

图3 5A分子筛CO2吸附等温曲线Figure 3 Isothermal adsorption curves of CO2 on 5A zeolite

3 结 论

(1) 5A分子筛CH4平衡吸附量在30 ℃时最大, 为13.60 cm3· g-1; CO和CO2吸附量均在50 ℃时呈现最大值, 分别为17.68 cm3· g-1 和94.38 cm3· g-1。温度70 ℃时, 3种气体的吸附量均减小, 表明温度升高至一定值, 5A分子筛对吸附质气体产生脱附, 为催化剂再生提供参考。

(2) 从5A分子筛的3种气体等温吸附曲线可以看出, 吸附量随压力的增大逐渐增大, 这是由于压力越高, 单位时间内撞击到吸附剂表面的气体分子数越多, 因而平衡吸附量越大。

参考文献
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