低浓度甲烷的吸附研究

煤层气的开发和利用具有节能和环保双重意义,其利用的难点是经济高效的实现甲烷和氮气的分离。吸附法是目前分离CH4较佳的工艺,而吸附剂的选取是该工艺的核心。本文考察了模拟煤层气中的甲烷在微孔分子筛和活性炭两类吸附剂上的的吸附性能。通过碱处理、硝酸处理、亲烃改性等方法调整吸附剂的孔道结构及表面性质,研究影响甲烷吸附的主要因素。实验结果表明：吸附剂的比表面积不能决定其甲烷吸附容量,合适的孔道尺寸是影响甲烷吸附的关键,较为适宜的吸附剂孔径为0.5-0.7nm,只有吸附剂的孔径合适时,比表面积大的吸附剂才具有较高的甲烷吸附量。表面极性含氧基团的存在不利于甲烷的吸附,但影响不大。亲烃试剂改性的分子筛吸附剂甲烷吸附量增加,而同样试剂改性的活性炭甲烷吸附量减少。与分子筛类吸附剂相比,活性炭类吸附剂具有更大的甲烷吸附容量。以椰壳基炭化料为活性炭的前驱体,采用KOH和H3P04两种活化剂制备活性炭。KOH为活化剂时,较为适宜的活化条件为：碱炭比3：1,活化时间2h,温度为600℃,制得活性炭的甲烷吸附容量可达6.54 ml/g；H3P04做活化剂,较为适宜的活化条件为：磷酸浓度1mol/L,活化时间2h,活化温度温度为500℃,甲烷的吸附量可到达7.15ml/g。