孔材料在气体储存中的应用

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1、、十園広曲火学尿京）物理化学论文题目孔材料在气体储存中的应用作者董森学号010031215学院班级创新班孔材料在气体储存中的应用化工10-4班2010031215董森摘要现在石油能源正在逐渐地趋于匮乏，作为一种新型的绿色能源天然气和氢气成为了人们的目光所在。而要使用天然气和氢气就要面临着气体储存的问题，目前广泛关注的储存方式有三种分别是液化、压缩和吸附，对于这三种方式本文将主要阐述吸附这一种方式，并介绍儿种目前比较成熟的多孔吸附材料的研究进展以及相关的发展趋势。关键词孔材料、吸附天然气、吸附剂1引言在人们使用

2、石油能源的近一百年的历史中，石油能源的燃烧给我们到来了生活上的便利，但是同时也带来了环境上的污染，这近一百年的环境污染比起过去几个世纪的污染有过之而无不及。所以现在人类急切寻找石油能源的替代品，而具有可持续发展能力的天然气能源和氢气能源成为了人们的目光所在。2天然气的储存对于天然气，目前的储存方式主要有液化天然气、压缩天然气、吸附天燃气和天然气水合物等方式山。液化天然气是在常压下以沸腾液体的形式保存在112K左右的低温储罐中。液化天然气的密度可以达到0.4〜0・42g/cnA大概是标准温度压力下的600倍，从

3、而可以大大提高天然气的储存密度。但这种方式要求温度很低，储罐的设计比较复杂，经济负担大，存在着泄露等安全隐患。压缩天然气是在常温、20〜25MPa的条件下保存的压缩超临界流体。在298K.20MPa的条件下，压缩天然气的密度是标准温度压力下的230倍。这种方式也存在着一些劣势：储罐要耐高压，形状一般被局限为圆筒形，为了达到20MPa的压力需要进行繁琐、昂贵的多级压缩。天然气水合物是水和天然气之间以氢键形式形成的笼形结构冰状晶体化合物。在笼形水合物全部装满的情况下，天然气水合物的理论储存体积可以达到标准温度压力

4、下的174倍，而实际在实验室中发现其储存量仅为理论值的1/3,并且在水合物中包含了大量的未反应的间隙水，储存的天然气也不能仅仅通过减压的方式来释放。吸附天然气是用多孔材料吸附天然气，通常维持在常温、中低压（3.5〜4MPa）条件下。因为以压缩天然气的1/6的压力就可以实现压缩天然气的储存量，所以这种方法受到了广泛的研究。吸附天然气技术的关键是研究出合适的高效专用吸附剂，自20世纪50年代以来研究过的吸附剂包括天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶、碳黑、活性炭、金属有机框架化合物等。随着各种可能的多孔吸附剂及相应

5、的储存方式的不断开发，多孔材料在气体的储存中也得到了深入的研究。3吸附原理〔2】气体的吸附是一个物理过程，通过范德华力使气体分子附着于吸附剂微孔内表面，以增加天然气的储存密度。吸附包含了气体分子与吸附剂分子之间的作用以及气体分子之间的作用。当前一个作用占优势时，气体分子被吸附到吸附剂表面，而当后一个作用占优势时，气体分子就会从吸附剂脱离，从而释放出来。4吸附的影响因素为了能够有效地储存气体，增加其储存密度，吸附剂应具有高度发达的微孔结构，比表面积应该尽可能的大，但比表面积并非越大越好，当比表面积过大时气体的吸

6、附量反而会呈下降趋势⑶。同时，孔的大小也影响着气体的储存量，孔径太小，气体分了与孔壁的结合力太强，在释放压力下难以脱附，这样就降低了吸附剂的有效储存量；孔径太大，则吸附剂内壁的吸附能力较小，难以有效地吸附气体分子，降低了吸附剂的储存密度。影响气体储存量的因素还有微孔体积，其占总孔体积的比例越大对气体的吸附就越有利。堆密度也是影响吸附储存量的一个重要因素，堆密度越大，气体的储存量就越大。而吸附剂的比表面积和堆密度对气体吸附的影响存在着矛盾，所以要得到较高的有效储存量还要对比表面积、微孔结构和堆密度进行优化匹配。

7、5天然气吸附剂多孔碳质天然气吸附剂中的超级活性炭由于其达到3000m2/以上的比表而积、适当的孔径分布、巨大的微孔体积、适度的甲烷作用强度以及憎水性等性质，长期以来被认为是最适合的天然气储存吸附剂14]O具有高比表面积和高微孔体积的超级活性炭具有较高的甲烷质量储存容量，但由于堆积密度较低，体积储存容量受到限制。对于甲烷的移动储存而言，体积储存容量具有更重要的实际意义。因此，活性炭的活化程度必须适中，从而在比表面积和堆积密度之间实现优化。另外，为了提高活性炭的堆积密度还可采取两种措施⑸，一是搭配不同粒度的活性炭

8、材料来提高填充效率，二是采取加压成型方式将颗粒状活性炭制成整体型活性炭，在这两种措施下，甲烷的储存容量和传递容量分别可达到标准温度压力下的193倍和163倍。研究发现®叫孔径越小，相邻孔壁的原了轨道波函数重叠程度越大，同甲烷的相互作用越强，等量吸附热越高，最高可达24kJ/mol,吸附甲烷的密度越高，因此吸附容量更大。但是，由于这一部分吸附作用很强，即使在压强降低到0.1MPa时仍不易被吸收，其中一