炭活化及炭孔中乙烷水合物生成研究

【摘要】：高比表面積活性炭材料是一種性質(zhì)優(yōu)良的吸附劑，具有獨特的孔隙結(jié)構(gòu)和表面活性官能團，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，機械強度高，廣泛地應(yīng)用于環(huán)保、化工等各個領(lǐng)域。以KOH作為活化劑是化學(xué)活化制備活性炭的主要方法，考慮到工業(yè)生產(chǎn)的成本問題，本實驗以NaOH代替KOH作為活化劑，以椰殼炭化料為炭源制備活性炭材料，實驗得出，采用NaOH活化法可以得到孔徑分別集中在1.5nm和1.2~3.0nm范圍內(nèi)的兩種孔徑均一的高表面積活性炭。這兩種的活性炭的比表面積分別為2583m2/g和2860m2/g。采用該種方法制得活性炭的比表面積最大可達到2989m2/g，但此時孔徑分布范圍廣，孔徑的均一性差。與KOH活化法制得的活性炭相比，NaOH活化法制得的活性炭樣品孔徑分布的均一性相對較差。 炭孔中氣體水合物的生成可以用來儲存天然氣，而C2H6在天然氣中含量居于第二，因此需要研究C2H6水合物在炭孔中的生成，用來與CH4相比較。此外，C2H6還是C2H4工業(yè)中的主要原料，考慮到C2H6/C2H4的混合物的重要性，需要研究比較C2H6、C2H4水合物的生成條件。本實驗測量了C2H6在相同溫度下、不同載水量的中孔活性炭上的吸附等溫線及不同溫度下、相同載水量的中孔活性炭上的吸附等溫線，從中可以得到不同溫度下C2H6水合物的生成壓，及一定溫度范圍內(nèi)C2H6水合物生成的焓變。實驗結(jié)果表明：當(dāng)水剛好將炭孔填滿時，C2H6的體積儲量達到最大；C2H6水合物在炭孔中與在純水中生成的生成壓基本相同，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CH4水合物的生成壓。 【關(guān)鍵詞】：活性炭 NaOH 比表面積 孔徑分布 C_2H_6水合物 炭孔
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O647.33
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文獻綜述8-25
• 1.1 多孔材料8
• 1.2 活性炭活化8-11
• 1.2.1 化學(xué)活化法9-10
• 1.2.1.1 氯化鋅法9-10
• 1.2.1.2 磷酸法10
• 1.2.1.3 KOH 法10
• 1.2.2 物理活化法10-11
• 1.2.3 物理-化學(xué)聯(lián)合法11
• 1.3 乙烷氣體的工業(yè)概述11-15
• 1.3.1 乙烷的工業(yè)意義11-13
• 1.3.1.1 乙烷制備乙烯工業(yè)11-12
• 1.3.1.2 乙烷制備氯乙烯工業(yè)12-13
• 1.3.1.3 乙烷制備氯乙烷工業(yè)13
• 1.3.1.4 乙烷制備硝基乙烷工業(yè)13
• 1.3.2 乙烷的主要來源13-14
• 1.3.3 乙烷的分離方法14-15
• 1.3.3.1 深冷分離法14
• 1.3.3.2 吸收分離法14-15
• 1.3.3.3 膜分離法15
• 1.3.3.4 吸附分離法15
• 1.4 氣體水合物概述15-18
• 1.5 氣體水合物的應(yīng)用18-24
• 1.5.1 天然氣儲運18-20
• 1.5.2 氣體分離20-21
• 1.5.3 海水淡化21-22
• 1.5.4 溶液提濃22-23
• 1.5.5 生物工程和生物技術(shù)23
• 1.5.6 水合物超臨界萃取23-24
• 1.5.7 CO_2的填埋24
• 1.6 本文工作24-25
• 第二章 吸附理論及多孔介質(zhì)的表征25-40
• 2.1 吸附理論25-33
• 2.1.1 吸附量的 Gibbs 定義25
• 2.1.2 吸附等溫線類型25-27
• 2.1.3 滯后環(huán)與孔結(jié)構(gòu)27-29
• 2.1.4 經(jīng)典吸附理論29-33
• 2.1.4.1 單分子層吸附理論和 Langmuir 方程29
• 2.1.4.2 多分子層吸附理論和 BET 方程29-30
• 2.1.4.3 毛細(xì)管凝聚理論和 Kelvin 方程30-32
• 2.1.4.4 微孔填充理論和 DR 方程32-33
• 2.2 比表面積測定33-36
• 2.2.1 Langmuir 方法33-34
• 2.2.2 BET 方法34
• 2.2.3 t 曲線法和 s曲線法34-36
• 2.2.4 D-R 方法36
• 2.3 孔徑分布計算36-40
• 2.3.1 大孔吸附劑36-37
• 2.3.2 中孔吸附劑37
• 2.3.3 微孔吸附劑37-40
• 2.3.3.1 H-K 模型38
• 2.3.3.2 DFT 方法38-40
• 第三章 氫氧化鈉活化活性炭的探究40-54
• 3.1 引言40
• 3.2 實驗裝置及步驟40-45
• 3.2.1 原料預(yù)處理40
• 3.2.2 NaOH 活化法制備活性炭40-41
• 3.2.3 活性炭的表征41-45
• 3.2.3.1 實驗裝置及操作方法41-42
• 3.2.3.2 吸附量的計算42-45
• 3.3 結(jié)果與討論45-53
• 3.3.1 溫度的影響46-48
• 3.3.2 活化時間的影響48-50
• 3.3.3 堿炭比的影響50-52
• 3.3.4 活性炭樣品的比較52-53
• 3.4 小結(jié)53-54
• 第四章 炭孔中乙烷水合物的生成54-67
• 4.1 引言54
• 4.2 吸附劑的制備與表征54-57
• 4.2.1 原料預(yù)處理54
• 4.2.2. 吸附劑的制備54-55
• 4.2.3 吸附劑的表征55-57
• 4.2.3.1 吸附劑的表征裝置及操作55-56
• 4.2.3.2 吸附劑的表征結(jié)果56-57
• 4.3 濕活性炭上乙烷的吸附行為57-59
• 4.3.1 實驗裝置及操作57-58
• 4.3.2 吸附等溫線的測量58-59
• 4.4 結(jié)果與討論59-66
• 4.4.1 Rw對 C_2H_6的重量儲量（nx）的影響59-60
• 4.4.2 Rw對水氣摩爾比 x’的影響60-61
• 4.4.3 Rw對理論體積儲量的影響61-62
• 4.4.4 炭孔中 C_2H_6水合物的生成壓62-64
• 4.4.5 炭孔中 C_2H_6水合物生成過程的焓變64-66
• 4.5 小結(jié)66-67
• 第五章 結(jié)論67-68
• 參考文獻68-73
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明73-74
• 致謝74

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