酸化后焦煤表面性和孔隙性变化对吸附热的影响

目的为了探究酸化后焦煤的表面性和孔隙性变化对其吸附热的影响,方法选取山西古交矿区焦煤为研究对象,利用盐酸(HCl)和氢氟酸(HF)酸化处理,采用接触角法、低温液氮吸附法和微量热法等测试方法,对比分析了酸化前后焦煤的煤-水接触角、表面张力、孔隙结构等变化,并探讨了这些变化对吸附热的影响机制。结果酸化后焦煤的平均煤-水接触角由75.10°增至80.11°,平均表面张力由44.44 mJ/m^(2)减至39.48 mJ/m^(2),亲水性减弱;酸化后焦煤的总孔容、中孔孔容、比表面积和平均孔径均增大,而微孔和大孔的孔容及比表面积均减小,表明矿物质脱除有利于微孔向中孔转化;同等压力下,随着温度升高,分子热运动加强,分子能量突破固体表面势垒,气体分子成为游离态,导致原煤和脱灰煤的积分吸附热和微分吸附热减小,且脱灰煤的吸附热高于原煤的。结论矿物质会减弱焦煤对气体的吸附能力,且占据焦煤表面的吸附位。因此,酸化后矿物质的脱除导致焦煤表面的吸附位增加,是引起吸附热增大的主要原因。

基于沸石-水为工质对的高功率吸附热池储冷研究

为了实现高能量密度/功率密度的储热/储冷,本文采用沸石13X-水为吸附工质对设计构建了一台基于低压吸附诱导水闪蒸的高功率吸附热池储冷样机,储冷阶段利用高温循环水驱动沸石13X脱附,供冷阶段利用沸石13X的低压吸附作用诱导水低温闪蒸实现冷量输出。实验结果表明:该系统在制冷前14 min内,制冷功率可保持在20kW及以上,最大制冷功率达23.45 kW,系统最大单位质量吸附剂制冷功率(SCP)可达321.2 W/kg,空冷器进出口空气温差在制冷前3 min到12.8 min内保持在10℃及以上,当吸附床吸附水蒸气的平均速率为71g/min时,系统在开始制冷后近36 min内能够保持10.4 kW的稳定制冷量。

基于无管束蒸发换热强化策略的吸附热池的供热性能研究

为改善吸附热池的传热传质性能以提高吸附热池的能量/功率密度,提出无管束蒸发换热强化策略,通过理论仿真分析了该策略的有效性并建立了储热容量为30 kWh的吸附热池系统。研究结果表明:与有管束蒸发器相比,所述无管束蒸发器的热阻减小了94.9%,吸附-蒸发速率提高了24.2%,因此,与基于有管束蒸发器的吸附热池相比,基于无管束蒸发换热强化策略的吸附热池的平均供热温度提高了3℃,充分证明了无管束蒸发策略对提升吸附热池传热传质性能的有效性。同时,该研究也表明,提高脱附温度和降低冷凝压力也可以有效提高吸附热池的能量/功率密度,从而使吸附热池获得更好的供热性能,当吸附热池的脱附温度升高到170℃、冷凝压力降低到7.5 kPa时,吸附热池的能量密度和功率密度分别达到了113.21 Wh/kg和149.45 W/kg,供热温度和制热水能力分别达到了55℃和1980.2 L/h,验证了所设计吸附热池系统向多用户同时供热或向单用户长时间供热的能力,为提高未来吸附热池的能量/功率密度,实现大规模储热提供了理论和实验基础。

不同表面吸附中心上微分吸附热曲线的模拟

考察了一种气体吸附质同时在多种吸附中心上吸附时的吸附热和吸附量 ,在固体催化剂由两种吸附中心组成且均为Langmuir理想吸附的情况下 ,讨论了气体在固体催化剂表面吸附的微分吸附热随表面覆盖度变化的各种可能形状 ,并模拟了乙烯在Pt/SiO2

用高压气体吸脱附-微量热联用法对CO2和CH4在煤上吸附热力学的研究

为了从热力学角度揭示CO2和CH4在煤上的竞争吸附实质,为驱替理论提供热力学参考,利用高压气体吸脱附-微量热联用仪,通过容量法测定30℃,40℃,50℃温度下CO2和CH4在煤上的吸附等温线,同时计算等量吸附热和极限吸附热,并测定了CO2和CH4在煤上的吸附热。结果表明:CO2和CH4吸附等温线均属于Ⅰ型吸附等温线,且均符合Langmuir吸附模型;温度升高,CO2和CH4在煤上的吸附量均减小;相同条件下,CO2在煤上的吸附量明显高于CH4的吸附量,表明CO2更容易吸附于煤上。CO2和CH4在煤上的等量吸附反映出煤吸附CO2和CH4的过程均为物理吸附。同时CO2在煤上的等量吸附热高于CH4的等量吸附热,说明CO2分子与煤分子之间作用力强于CH4与煤分子之间的作用力,极限吸附热和实验测得的吸附热也显示了同样结果,从热力学角度阐释了CO2和CH4在煤体表面竞争吸附的实质。

高吸力下持水曲线的温度效应及其吸附热力学模型

以高庙子膨润土为例,对高吸力下持水曲线的温度效应进行了试验研究和理论分析。试验结果表明,在试验范围内,随着温度升高,吸力平衡时间会显著缩短,持水能力会下降,高吸力段内持水曲线的滞后性亦会减弱;不同温度下的持水曲线大致彼此平行。依据吸附热力学与Le Chatelier原理,分析认为土吸附水总会放热,高吸力段内持水能力随温度升高而减弱是一个必然现象;在吸附热不随温度变化及不同温度持水曲线彼此平行的条件下,建立了高吸力段内持水曲线的温度效应模型,利用本文及文献中报道的相关试验结果对模型在全吸力范围内进行了验证。

NaX型沸石分子筛中吸附质分子结构与吸附热的关系

近年来, 沸石分子筛结构与性能关系的理论计算研究工作愈来愈受到人们的重视[1～4]. 人工合成的NaX型沸石同天然八面沸石具有相同的骨架拓扑, 是一种在化学及化工生产中常用的吸附剂, 其吸附性质的研究一直是人们关注的课题. 长期以来, 研究人员通过改进吸附热测定方法, 报道了许多分子在NaX型沸石上的吸附热数据. 但对于吸附热与吸附质分子结构间关系的理论计算研究较为薄弱, 给出的解释仅是定性的[5,6].

不同变质程度煤的吸附能力与吸附热力学特征分析

以4种不同变质程度的煤为研究对象,在实验室基础参数测定和不同温度下的吸附试验基础上,利用Langmuir吸附动力学方程和热力学理论,构建了表面自由能变化值和等量吸附热的三维计算模型,进而分析了不同变质程度煤的吸附能力与吸附热力学特征。结果表明:煤的表面自由能变化值随着压力的增加先迅速增加后缓慢增加,随着温度的增加而减小,煤的表面自由能变化值从大到小依次为焦煤、肥煤、长焰煤、无烟煤,单位面积的吸附量随着变质程度的变化关系也是如此;煤的吸附能力和比表面积均呈现先减小后增加的U型趋势,从大到小依次为无烟煤、长焰煤、肥煤、焦煤,煤的变质程度主要是通过比表面积来影响煤的吸附能力;煤的等量吸附热随着吸附量的增加而变大,随着温度的升高也变大,初始等量吸附热随变质程度的增加而逐渐增加,从大到小依次为无烟煤、焦煤、肥煤、长焰煤。

页岩气等温吸附量及等量吸附热研究

对甲烷在页岩中的等温物理吸附实验进行分析,表明吸附相气体会使游离相气体体积减小,而数据处理中假设的恒体积会使视吸附量小于真实吸附量。根据Moffat推导的两者之间的关系对页岩吸附甲烷进行计算,结果表明随着平衡压力增加误差增加;3 MPa内误差较小,7 MPa左右误差超过10%;但14 MPa范围内吸附量差值(真实吸附量-视吸附量)小于1 m3/t。相对高压或低温条件下吸附量差值或误差更大,误差斜率与温度相关。TOC相近而R o明显不同时,高R o样品吸附量差值略大。R o相近而TOC明显不同时,高TOC样品吸附量差值明显偏大,表明TOC对真实吸附量及吸附误差的影响更大。根据Clausius-Clapeyron等量吸附热方程计算甲烷在页岩中吸附热的相对大小,吸附热随着吸附量的增加而降低,吸附热的大小代表吸附进行的快慢或吸附位的强弱,甲烷在该页岩上的吸附热大致在10～25 kJ/moL。

高阶原生煤和构造煤等量吸附热分析

对比研究了高阶原生煤和构造煤等量吸附热,进一步阐述了构造煤易于瓦斯突出的原因。主要结果如下:随着吸附量的增加,高阶原生煤和构造煤等量吸附热均呈现先缓慢增加,再快速增加的趋势;而随着瓦斯压力的增加,原生煤和构造煤等量吸附热呈现匀速增加的趋势;在不同吸附量和不同压力下,原生煤的等量吸附热均大于构造煤;说明原生煤表面与甲烷的作用力大于构造煤的,在相同压力下瓦斯分子更容易从构造煤表面脱离下来;构造煤中瓦斯运移主要受控于裂隙瓦斯渗流,在构造煤瓦斯治理时尽量采取增透措施。

吸附热预测吸附等温线

实验测定了N2 在沸石分子筛、C2 H6 在活性炭、CO2 在硅胶上的吸附等温线 ,研究用Clausius Clapeyron方程求得等量吸附热、再利用所得的吸附热预测其它温度的吸附等温线数据的方法。将吸附热预测的等温线与实验值及插值法内插得到的吸附等温线数据进行了比较 ,结果表明吸附热预测值与实验值吻合较好。此外还对文献数据利用等量吸附热预测较高压力 ( 65 0kPa)下的等温线 ,均与文献中的实验值一致。为吸附工业操作需要不同温度下的等温线数据和吸附过程的模拟与设计提供了简便。

土壤硼吸附热及温度对硼滞后解吸特性影响的研究

对棕红壤（9701）、黄棕壤（9702）和灰潮土（9703）在25℃和40℃条件下，硼吸附一解吸特性，土壤硼吸附热以及温度对土壤础滞后解吸的影响进行了研究。结果表明，9701、9702和9703号土壤用的吸附热分别为－15．4、－15．6和－22．6kJ／mol，处于化学吸附热的范围，从热力学上证明了棚在土壤上专性吸附的存在。与25℃相比，40℃时土壤硼滞后解吸得到加强。与此相应，施入土壤中的外源硼，夏季与春季相比，其解吸率分别下降了38％、19％和7％。这些结果可以解释在夏季，土壤缺硼并不在于硼在土壤上的吸附减弱，而是土壤用滞后解吸在高温下得到加强的缘故。

煤体对瓦斯吸附热的理论研究

系统地阐述了吸附热产生的微观机理,根据势能模型,得到了基于玻尔兹曼分布的两能态模型,并推导出相应的吸附热计算公式。根据巨正则系综理论,得到了朗缪尔单分子层统计力学模型,并推导出相应的吸附热计算公式;引入德布罗意平均热波长后,得到了朗缪尔单分子层模型吸附热的近似计算公式。比较两种模型的结果可以看出:吸附热受吸附量、吸附中心和分子间平均距离的影响较大,对于外层瓦斯(相对于煤体表面)和内层瓦斯应该采用不同的物理模型进行分析。根据朗缪尔单分子层模型,从吸附的角度出发,研究了煤体表面结构的分形特征,并将二维平面吸附推广到分形表面吸附,得到了基于德布罗意平均热波长的分形维数。

天然气和氢气吸附储存吸附热研究现状

吸附热效应是天然气—氢气吸附储存投入工程应用的又一大障碍,吸脱附过程当中的放热、吸热现象极大地降低了吸附系统的动态储存量。在常温快速充气时,床层有较大的温升;在常温快速脱附时,床层中心的温度大幅度下降,极大的增加了甲烷残存量。该文综述了前人针对吸附热问题在实验上的研究,总结了前人提出的各种吸附热问题的解决方案,并对新的研究方向进行了探索。

微波辐射合成MIL-101多孔材料及其对苯的吸附热

采用微波辐射法合成MIL-101多孔材料,探讨了反应温度对材料合成的影响。同时对MIL-101进行XRD测试以及孔结构和比表面积分析,采用重量法测定了288、298和308K条件下苯在MIL-101多孔材料上的吸附等温线,并估算MIL-101对苯的等量吸附热。结果表明,MIL-101多孔材料的比表面积达2089.2m2/g,苯在MIL-101上的吸附等温线呈I型等温线,与Langmuir模型吻合很好,表明吸附主要为微孔吸附;随着温度的升高,MIL-101对苯的平衡吸附量逐渐下降,说明苯在MIL-101多孔材料的吸附以物理吸附为主。在T=298K,p/p0=0.5时,苯在MIL-101多孔材料上的吸附量为9.44mmol/g,远高于同等条件下普通活性炭和活性炭纤维对苯的吸附容量;苯在MIL-101上的等量吸附热为45.4～41.6kJ/mol的范围,其等量吸附热随着表面吸附量的增加变化幅度不大,与活性炭纤维相比,MIL-101的表面吸附自由能分布比较均匀。

吸附制冷用复合吸附剂的吸附热

本文推导出由一条吸附等温线和同一吸附质的汽化潜热,计算吸附热的简化模型。对水和乙醇在自制复合吸附剂、13X分子筛、硅胶和活性炭上的吸附热进行了计算;对吸附热与吸附量的关系进行了关联,给出了拟合方程。结果表明:在相同的吸附量条件下,水在复合吸附剂上的积分吸附热比在13X分子筛上低11％～17％;乙醇在复合吸附剂上的积分吸附热较在活性炭上低23％～27％。该研究为吸附制冷系统结构设计提供了计算吸附热的简便算法。

高灵敏宽温区吸附热测定装置的建立

描述了一个适于气 /固体系的宽温区、高灵敏的微分吸附热测定装置 .在该装置中 ,吸附放热由Setaram公司热流式微量热量计测定 ,吸附量由MKS公司电容式压力传感器测定 .此外 ,设计、制作了可在高真空和宽温区内进行吸附热测定的试样池以及对高活泼金属催化剂进行预处理的试样处理池 .用标准物质对热量计进行了标定 .为验证该装置对吸附热测定的可靠性 ,测定了H2 在Pt/SiO2 和γ Mo2 N上的吸附热 ,所得结果与文献值一致 .数据的误差分析结果表明 ,吸附热测定的相对误差在 4 %以内 .

反相气相色谱法研究改性活性炭对甲烷吸附热的影响

采用反相气相色谱技术(IGC)测定了甲烷分子在改性前后活性炭上的保留时间,计算出了改性前后的活性炭的表面吸附热变化,并对不同改性剂的改性效果进行了比较。结果表明,改性前活性炭吸附热为17.75 mol/L,改性后的活性炭吸附热分别为18.74(氧化改性)、18.96(还原改性)、18.43 mol/L(盐改性)。改性前后活性炭吸附热有微小变化,采用IGC技术可以准确予以表征。