高强电场激励下煤体吸附模型及机理探讨

基于电场强化下煤体响应表现出的电动效应、热效应和激发极化效应,设计高强电场下煤体吸附试验系统,研究电场实时加载下煤体对不同吸附质的吸附特征,并在经典Langmuir、D-R吸附模型基础上构建适用于高强电场下的煤体吸附模型。结果表明:实时加载高强电场下,随着施加电场强度增大,煤体吸附能力呈线性减小趋势,受电场影响CO_(2)吸附能力变化率更大,与未加电场相比,电场强度为30,60,90 kV/m时煤体吸附瓦斯的能力分别下降了10.9%,15.7%,18.9%,吸附CO_(2)的能力分别下降了8.5%,12.1%,22.9%;基于Langmuir吸附模型和D-R吸附方程,以煤体吸附试验数据为依据,在吸附模型基础上引入含有电场强度的修正项系数(1-C·E),分析构建含有电性参数的吸附模型,新模型试验拟合度均在0.99以上,能够预测并表征高强电场下煤体吸附特征,其影响机理主要归结为:煤体孔隙结构改变,经高强电场强化后煤样微孔向小孔及中大孔过渡,增强了煤体的扩散性能;影响了煤体吸附瓦斯表面自由能,且吉布斯自由能随着场强增大而减小,揭示了电场抑制煤体对瓦斯的吸附;煤体发生激发极化,电场通过改变煤体电性参数介电常数与电阻率进而影响瓦斯的吸附解吸能力。

煤层甲烷吸附相密度、吸附模型、吸附机理的再认识

煤中甲烷吸附相密度的确定是准确测量煤中甲烷吸附量、评价煤中煤层气资源潜力的关键,也是认清煤中甲烷吸附控制机理、模型表征的基础。针对两淮煤田碎裂煤样(R_(o,max)约0.7%)进行了不同温度的高压等温吸附解吸实验,结合压汞和低温液氮对煤的孔隙结构定量表征,分析了煤中甲烷的高压吸附解吸特征,基于Gibbs过剩吸附量测量原理和截距法拟合分析了甲烷的吸附相密度、吸附相体积、理论吸附量与温度的关系,利用单分子层吸附理论的Langmuir模型、多分子层吸附理论的BET模型和微孔充填理论为基础的DA模型及其优化模型进行了拟合分析,基于截距法预测的甲烷吸附相密度和理论吸附量建立了基于不同吸附理论的混合模型,初步探讨了煤中甲烷的赋存及其控制机理。结果表明:甲烷过剩吸附量在吸附阶段和解吸阶段均会达到峰值拐点出现下降,过剩吸附量峰值对应的平衡压力与煤样的实验温度和煤样中孔隙结构有关;甲烷吸附相密度随温度升高而下降,两者呈幂函数关系,甲烷吸附相密度受温度和煤中孔隙结构控制,温度越高,孔隙越不发育甲烷吸附相密度越低。Langmuir模型、BET模型、DA模型及其校正模型对煤中甲烷过剩吸附量拟合表明:未经校正的吸附理论模型仅适用于低压阶段(低于10 MPa)煤中甲烷过剩吸附量的拟合,针对全压力段煤中甲烷过剩吸附量,未经校正的吸附理论模型和经过校正的多分子层吸附理论模型均不适合,采用甲烷吸附相密度优化校正的Langmuir模型、DA模型拟合煤中甲烷过剩吸附量时存在一定的偏差,能用于煤中甲烷过剩吸附量的拟合。建立的基于单分子层吸附和微孔充填吸附理论的混合模型拟合结果表明随着温度的升高,煤中甲烷赋存形式由单分子层吸附为主逐渐转变为以微孔充填为主,赋存方式的转变与温度、煤中孔隙的发育有关。

海藻酸钠微球的制备优化及其吸附模型

为了得到能高效脱色染料的吸附剂,以海藻酸钠、聚乙烯醇和沸石为原料,在单因素实验的基础上,采用Box-Behnken实验设计原理进行三因素三水平的响应面实验设计,以脱色率为响应值,选取海藻酸钠(SA)、聚乙烯醇(PVA)和沸石质量浓度作为影响因子,优化其最佳制备条件。结果表明SPZ最佳制备条件为:SA质量浓度11 g/L,PVA质量浓度21 g/L,沸石质量浓度52 g/L,所得实际脱色率为88.57%。扫描电子显微镜观察到亚甲基蓝(MB)被成功吸附在海藻酸钠凝胶微球(SPZ)表面,傅里叶红外光谱结果说明SPZ与MB之间存在氢键及静电相互作用,且吸附过程符合准二级动力学、Langmuir型等温吸附模型,其吸附过程为物理扩散并伴随着化学吸附。本研究证明SPZ是一种稳定性好、脱色率高的吸附剂,为海藻酸钠复合材料在染料废水处理中的应用提供了参考。

低渗煤中N_(2)吸附模型适用性分析

以中国两淮煤田低渗含煤区刘庄矿13煤和祁东矿7煤为研究对象,开展了N_(2)等温吸附试验。以回归系数平方、标准差和相对误差三种指标综合分析了Langmuir模型(简称L模型)、Toth模型(简称T模型)、Dubinin-Astakhov(简称D-A模型)、Dubinin-Radushkevich模型(简称D-R模型)、Optimize Langmuir模型(简称优化L模型)、Optimize Toth模型(简称优化T模型)、Optimize Dubinin-Astakhov模型(简称优化D-A模型)、Optimize Dubinin-Radushkevich模型(简称优化D-R模型),共8种模型对低渗煤中N_(2)吸附曲线的适用性。结果表明:两组煤样中N_(2)吸附都符合经典IUPAC等温吸附分类标准中的第Ⅰ型等温吸附曲线;8种模型对低渗煤中N_(2)吸附的拟合精度由高到低依次为优化T模型>T模型>优化L模型>优化D-A模型>优化D-R模型>D-A模型>L模型>D-R模型。

3种吸附剂的全蛋液磷吸附模型研究

全蛋液富含蛋白质、脂肪及多种维生素和矿物质,是一种天然的营养补充来源,但高含量的磷限制了其在肾病患者饮食中的应用。选取活性炭、水滑石、硅藻土对全蛋液进行脱磷处理,以脱磷率、蛋白质损失率和色差变化为指标,优化吸附剂添加量、吸附时间和吸附温度,并对3种吸附剂在全蛋液中磷吸附的吸附等温式、吸附动力学及吸附热力学进行拟合。结果表明:活性炭的优化添加量为8 g/L,吸附时间为120 min,吸附温度为35℃;水滑石的优化添加量为8 g/L,吸附时间为150 min,吸附温度为35℃;硅藻土的优化添加量为8 g/L,吸附时间为90 min,吸附温度为35℃。在吸附过程中,水滑石造成的蛋白质损失最小,对磷酸基团的吸附专一性最高;活性炭对a*值的影响最大,硅藻土对b*值影响最大,3种吸附剂均造成L*值的增加。对吸附机理的研究表明:水滑石多以单分子层形式吸附,3种吸附剂的Freundlich吸附等温式n值均大于1。随着吸附温度的增加,活性炭、水滑石和硅藻土的KF均逐渐增大。3种吸附剂的准一级动力学模型R2均较低,并且随着温度的增加呈现波动变化;硅藻土的准二级动力学模型R2较高,化学吸附程度较高。活性炭、水滑石和硅藻土的ΔG均为负值、ΔH均大于0,即反应自发进行且为吸热反应。

单孔、多孔材料的分子吸附模型

文中介绍了国内外的分子吸附模型 ,重点阐述了Langmuir分子吸附模型 ,Langmuir竞争吸附模型 ,多参数的Langmuir模型 ,相平衡分子吸附模型 ,并进行了一定的回归 ,提高了适用程度。

煤吸附甲烷的温度-压力综合吸附模型

选取暗褐煤、气煤、焦煤、贫煤、无烟煤和超变无烟煤等有代表性煤阶的系列煤样,进行了20,30,40,50℃等不同温度下的高压等温吸附试验;应用吸附势理论,研究了煤的甲烷吸附特征曲线的形态特点,推导出新的煤吸附甲烷的温度-压力综合吸附模型,并给出了模型中特征常数的求取方法;利用大量高压等温吸附试验数据对该模型的预测结果进行了验证,并且与兰米尔(Langmuir)等温吸附模型进行了比较.结果表明,该模型的预测结果与吸附试验数据非常吻合,平均相对偏差小于5%,说明该模型能够很好地描述温度和压力共同作用下,包括特低煤阶的暗褐煤和特高煤阶的超无烟煤在内的全部煤阶的煤对甲烷的吸附特性;比兰米尔(Lang-muir)等温吸附模型的功能更强,适用范围更宽.

颗粒物微界面吸附模型的分形修正——朗格缪尔(Langmuir)、弗伦德利希(Freundlich)和表面络合模型

运用分形理论修正了颗粒物微界面吸附模型,建立了朗格缪尔(Langmuir)、弗伦德利希(Freundlich)和表面络合模型的分形吸附等温线方程式.其中,朗格缪尔(Langmuir)吸附等温线的分形表达式为:Γ=ΓmC1 me),指数m与颗粒物表面分维Ds的关系如下:m∝e (bm+C1 maDs 2-10;表面络合模型的分形表达式为:Γ=ΓmC(n x)e (b(x n)+C(n x)0∝rDs-2e),而且lgb=lg(ka kb)+pH,指数x n与颗粒物表面分维Ds的关系如下:x n∝aDs 2-10;相应的弗伦德利希(Freundlich)吸附等温线的分形形式分别为:Γ=(Γm bm)C1 me,Γ=(Γm b(x n))C(n x)e.0∝rDs-2通过对文献中的数据的模拟初步讨论了分形模型的适用性,结果表明,它们具有更接近于实际的描述微界面吸附过程的能力,通过lg(x n)=lgk′+(Ds-2)lgr0计算出土壤颗粒和尾矿砂颗粒的表面分形维数分别为2 42和2 72.

页岩高温高压吸附实验及吸附模型

基于对现有页岩吸附、超临界吸附的认识通过基本假设和统计热力学基本原理推导出一个高温高压等温吸附新模型,并用GAI-100高压等温吸附仪获取95.6℃下页岩及活性炭在0～50 MPa压力范围内的等温吸附曲线,研究结果表明：页岩及活性炭的高温高压等温吸附曲线具有超临界高压等温吸附曲线的典型特征即随着压力的增大过剩吸附量先增大后减小;该新模型能很好地描述页岩及活性炭的高温高压等温吸附曲线,说明此模型在很大程度上反映出超临界高压吸附的特性而且可用来描述页岩及活性炭的高温高压等温吸附曲线。

苯酚在活性炭上的吸附模型

采用静态吸附实验研究苯酚在活性炭上的吸附热力学及动力学行为。采用预处理后的活性炭吸附苯酚,吸附过程遵守二级动力学方程,最大吸附量为0.276 1 g/g。吸附热为23.89 kJ/mol,吸附键强度较小,一个苯酚分子通过氢键吸附在活性炭界面两个活性点上;随着苯酚引入量的增加,红外光谱在3 432 cm 1的羟基谱线由尖逐渐变宽,出现弥散光谱,由此推测出苯酚通过羟基上的氢键发生缔合。综合所得数据提出活性炭吸附苯酚的模型,并圆满解释相关的实验现象。

低中煤级构造煤超临界甲烷吸附特性及吸附模型适用性

综合分析了低中煤级构造煤甲烷超临界吸附特性,以及常用的吸附理论及其扩展模型对构造煤的适用性。Ⅰ类模型对最大吸附量(V_m)的拟合方差平均值表现为原生<碎裂<碎斑<片状<揉皱<碎粒<鳞片<糜棱煤,其中T和L-F对原生煤和脆性构造煤的V_m拟合效果较好。Ⅱ类模型对构造煤V_m的拟合方差高于Ⅰ类模型,其中T-BET-1和T-BET-2不适合于鳞片煤。Ⅲ类模型的拟合方差平均值表现为:碎斑<碎裂<原生<碎粒<揉皱<鳞片<糜棱煤,拟合偏差低于Ⅰ和Ⅱ类模型,其中DR1~DR3和DA-3模型可以有效计算鳞片煤和揉皱煤的V_m。DR1~DR3可以较好的反映糜棱煤的V_m。随着构造变形的增强,Ⅲ类模型的吸附饱和度逐渐增高,由单分子层不饱和吸附(原生、碎裂、碎斑),逐渐过渡为单分子层饱和吸附(碎粒、片状煤),再过渡为多分子层吸附(鳞片、揉皱、糜棱煤)。原生煤及构造煤吸附势(0~13 kJ/mol)分布均随着吸附空间的增大而逐渐降低。在达到最大吸附量时,吸附空间表现为原生≈碎裂<碎斑<碎粒≈片状<揉皱<糜棱≈鳞片煤。拟合偏差分析表明:E-L,L-F,L和T,对碎粒煤适应性最强;L,F,T和E-L适合于鳞片煤;L,F,E-L,TBET-3,DR1,DR2适合于揉皱煤;而模型F和T适合于糜棱煤。

泥沙的分形表面和分形吸附模型

天然水体中泥沙对污染物的吸附过程对水质影响很大,己成为环境水力学研究领域中的热点问题之一。尽管采用分形理论分析泥沙颗粒表面现象方面取得了许多进展,但泥沙颗粒的分维与污染物的吸附解吸的热力学和动力学特征之间的关系尚不清楚。针对这一问题,本文首先介绍了分形几何学的基本概念、分形维数的定义以及分形表面的维数测定方法。并应用分形几何原理,从理论上推导出具有分形表面泥沙的分形吸附方程。这一方程与Freundlich等温吸附方程和Langmuir等温吸附方程相比更具有普遍意义。

壳聚糖金属离子印迹树脂的吸附模型

Adsorption model of metal ion on imprinting chitosan resin was studied. The chemical and the physical properties such as pore size distribution and heat stability were discussed and the imprinting chitosan resin can be used many times without losing adsorption capacity. The adsorption isotherms and adsorption mechanism were studied and a new model was suggested to correlate relation of adsorption with pH and metal ion concentration,which could explain mechanism of adsorption.

非离子表面活性剂在土壤/沉积物中的吸附模型研究

采用振荡平衡法研究了非离子表面活性剂Brij35、Brij30、Tween-80、TritonX-100在土壤/沉积物上的吸附行为及Brij35、Brij30在不同处理土壤上的吸附特征。结果表明,Brij35、Tween-80、TritonX-100在土壤/沉积物上的吸附等温线呈Langmuir型,而Brij30呈S型,其达到吸附饱和时的平衡浓度分别为110、55、200、25mg·L^(-1);Brij35、TritonX-100和ween-80主要通过疏水基在土壤/沉积物有机质中的分配作用而吸附,而Brij30的吸附是亲水基团与土壤/沉积物表面的相互作用以及疏水基团之间相互作用共同作用的结果。

页岩黏土孔隙气-液-固三相作用下甲烷吸附模型

实际储层条件下含水页岩的甲烷吸附量低于实验室测定的干燥页岩吸附量,致使页岩气资源量被高估。在考虑页岩黏土孔隙含水的基础上,基于气-固界面Langmuir吸附理论、气-液界面Gibbs吸附理论及土壤吸附学,针对狭缝孔及圆管孔两类黏土孔隙,建立了气-液-固三相作用下甲烷吸附理论模型。该模型可以计算孔隙含水饱和度0~100%的吸附曲线,验证表明:计算结果与分子模拟结果吻合。并进一步揭示了甲烷在黏土水膜表面的气-液界面吸附特征:在低压下,吸附量与压力呈线性变化;在高压下,吸附量趋于饱和。

煤在热解过程中氯的释放特性研究和煤中氯的吸附模型的建立

通过不同煤样的热解实验,研究了在还原环境中加热时煤中氯的的释放特性,并根据实验数据分析影响氯释放的因素,从而建立了煤中氯赋存的吸附模型,计算出不同煤样的吸附热。计算结果表明,吸附热与煤的变质程度有关,特别是与煤的挥发分成线性负相关。

有机高分子吸湿材料的吸附模型与机理

选聚丙烯酸钠(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物P(AA-MA)、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物P(AA-AM)、丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酰胺共聚物P(AA-AM-MA),系统研究其吸湿过程和机理。吸湿性能的测试结果表明,硅胶和分子筛10 h内便饱和,有机高分子吸湿材料仍能持久吸湿,其饱和吸湿容量比硅胶提高至少6%以上,比分子筛提高至少50%以上,吸湿速率快于硅胶和分子筛。吸附动力学实验表明,有机高分子吸湿材料的吸湿主要遵循准二级动力学模型,吸湿率受湿度和高分子树脂自身的吸附性能影响。Freundlich吸附等温模型证实有机高分子吸湿材料吸湿并非单层吸附,而是物理吸附和化学吸附同时发生,且多以化学吸附为主。热力学分析得该吸湿过程为吸热反应且可自发进行。

河北开滦矿区晚古生代煤对CO2和CH4气体吸附模型探讨

对河北开滦矿区不同变质程度的煤进行了纯CO2和纯CH4气体等温吸附实验,并用Langmuir模型、三参数BET模型和吸附势理论模型(D-R,D-A)对煤的吸附实验数据进行了拟合,检验了各模型的拟合程度。结果表明:中煤阶烟煤的马家沟矿9号煤(Ro,ran=1.21%)对CH4和CO2吸附能力比低煤阶烟煤的林南仓矿11号煤(Ro,ran=0.58%)的吸附能力大;在相同压力下,同一煤样对CO2的吸附能力明显大于对CH4的吸附能力。马家沟矿9号煤对CO2和CH4的等温吸附线具有典型的I型特征,各模型对其吸附行为拟合误差相差很小,可用Langmuir方程描述;林南仓矿煤等温吸附线较复杂,因用Langmuir描述误差较大,应优先选择误差较小的吸附势理论D-A模型来描述其吸附行为。9号煤对CH4和11号煤对CO2和CH4的吸附均以单分子层吸附为主。

页岩中超临界甲烷等温吸附模型研究

针对甲烷在页岩储层中呈超临界状态吸附的特点,开展了页岩中超临界甲烷等温吸附模型的研究。引入过剩吸附量,对常规吸附模型(Langmuir,Freundlich,Expand-Langmuir,Langmuir-Freundlich,Toth,D-R和DA等吸附模型)进行了修正,将常规吸附模型扩展为超临界吸附模型,利用相对误差评价各吸附模型修正前后对页岩中超临界甲烷等温吸附的拟合效果。通过分析模型拟合参数的物理意义,探讨了页岩的吸附特征及吸附机理。各吸附模型的拟合参数所反映的吸附机理存在一定的差异,其中多分子层BET模型(B-BET和T-BET)和Expand-Langmuir模型对部分页岩的拟合参数失去其物理意义,不适合用于页岩中超临界甲烷吸附特征研究,而Langmuir模型和D-A模型拟合的参数能反映页岩的吸附特征。对比页岩中超临界甲烷等温吸附拟合效果,各吸附模型修正后的拟合效果好于修正前,且Freundlich修正模型的拟合效果最差,Toth修正模型和D-R修正模型的拟合效果好于Langmuir修正模型,但总体上拟合效果不好,Langmuir-Freundlich修正模型和D-A修正模型的拟合效果较好。研究结果表明,D-A修正模型的拟合参数能更好地反映页岩中超临界甲烷的吸附特征,是描述页岩中超临界甲烷吸附特征比较理想的模型。

高岭土对亚甲基蓝的吸附性能和等温吸附模型研究

以高岭土为吸附剂,研究了其对亚甲基蓝模拟废水的吸附行为、等温吸附模型和吸附动力学。探讨了吸附时间、高岭土投加量、亚甲基蓝初始浓度、盐浓度、p H值等因素对亚甲基蓝吸附效果的影响。结果表明,吸附时间120 min,高岭土投加量10 g/L,低温、碱性条件下就能达到更好的亚甲基蓝吸附效果。高岭土对亚甲基蓝吸附符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,吸附动力学符合准二级动力学模型。