流体在碳材料中吸附分离的实验与分子模拟

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1、北京化工大学硕：￡学位论文料，燃烧氢气所释放的热量是燃烧汽油所发出发热量的三倍。氢气极易燃烧且燃烧速度很快，从中获得较高的功率是可行的。氢能的这种对地域与资源没有过大限制、环境友好以及能够被存储性让科学家和工业界专家评价为理想的零污染的清洁能源【2卅。氢气同时也具有着火温度高，着火能量低，着火界限宽，以及能在很稀薄的混合气体中稳定燃烧的特点，可以作为内燃机燃料【5．121。氢气作为洁净燃料，符合现在低碳的要求，是可持续发展的新能源。然而，氢气作为能源的一个难题也是今后实际应用中必须解决的问题是氢气的储存。目前，储氢的方法有五种：金属化合物

2、储氢；有机溶剂储氢；液态储氢；高压储氢和吸附储氢。吸附储氢是利用孔的吸附作用，将气体储存在多孔材料内。当今纳米介孔材料的出现，使得吸附储氢技术更加成熟。吸附储氢技术可以大大降低对储氢容器的强度和抗压要求，安全性会大大提高。1．1．3氢氟烃分离的研究意义氟氯烃作为制冷剂(以下简称CFCs)与其他制冷剂相比有许多的优点：化学性质极其稳定；不容易燃烧；无毒，对人体无害；沸点低，在常温下具有较高的蒸汽压。这些优良的物理化学性质，赋予CFCs极其广泛的用途【13-l91。但是，普遍使用的CFCs同时也是造成地球臭氧层变薄的主要原因。寻找CFCs的替

3、代产品就成了人们的工作重点。较为优良的制冷剂替代品必须满足以下的几个条件：1)环境保护方面。首先，ODP(ozonedepressionpotential)是消耗臭氧潜能值，ODP值越小，制冷剂的环境特性越好。根据目前的水平，认为ODP值小于或等于0．05的制冷剂是可以接受的。制冷剂中如果含有氯原子(氯原子是造成臭氧层破坏的原因)，对消耗臭氧系数ODP就不为零。所以，在制冷剂的选择中，应该选分子中没有氯原子的制冷剂；其次，全球变暖潜势GWP较小或者为零。全球变暖潜势是基于充分混合的温室气体辐射特性的一个指数，相对于二氧化碳衡量的，在所选定

4、时间内进行积分，当前大气中某个给定的充分混合的温室气体单位质量的辐射强迫。全球变暖潜势表示这些气体在不同时间内在大气中保持综合影响及其吸收外逸热红外辐射的相对作用。《京都议定书》正是基于100年以上的时间跨度内脉动排放的全球变暖潜势。GWP是物质产生温室效应的一个指数，是指在100年的时间框架内，各种温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量。二氧化碳被作为参照气体，是因为其对全球变暖的影响最大。制冷剂的选取也要遵循这一条件。2)热力学方面。替代品应与原制冷剂有近似的沸点、热力学特性及传热特性，以期能进行平稳的过渡；3)生理方面。要

5、具有无毒、无味、无燃烧爆炸的对人体无害的特点。氢氟烃(以下简称HFCs)作为制冷剂广泛应用于工业中，如HCFC．22，HCFC．141b，HCFC．142b等，这些氢氟烃都具有大气寿命较2第一章绪论短、破坏臭氧的能力比CFCs相对较小等特点。HFC一134a是目前应用最为广泛的重要的过渡型制冷剂，80年代末，国际上由14家公司出资组成的“国际共同安全性确认试验”(PAFT)，确认HFC．134a作为汽车空调、家用电冰箱的制冷剂的无污替代物。因其优良的热力学性能，氢氟烃被广泛应用于制冷、电子清洗、发泡、气雾喷射等领域，是现今公认的氟利昂的最

6、佳替代物。我国对HFC一134a的应用始于家用冰箱、汽车空调等方面，现已逐渐发展到工商制冷、电子清洗、气雾剂等领域。但是由于HFCs中含有氟原子，使得全球变暖潜势GWP值不为零。因此，HFCs只能作为过渡性制冷剂替代品【2∞61。欧洲及其它一些国家己积极推动使用“既不破坏臭氧层也不会加强温室效应”的碳氢化合物(如R600a，异丁烷)来作为制冷剂，但是易燃易爆是碳氢化合物的特点，所以现在使用的制冷剂主要还是HFCs。随着时代的发展，氢氟烃被取代是大势所趋。因此，现在对HFC．134a的吸附回收的研究是许多国内外科学家及学者们普遍关心的课题。

7、低碳(10wcarbon)指较低(更低)的温室气体(二氧化碳为主)排放。随着世界工业经济的发展、人口的剧增，世界气候面临越来越严重的问题，二氧化碳排放量愈来愈大，地球臭氧层正遭受前所未有的危机，全球灾难性气候变化时常出现，已经严重危害到人类的生存环境和健康安全。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。清洁能源的使用及温室气体的限制排放是大势所趋。甲烷、氢气作为清洁的能源的存储以及HFC一134a作为造成温室效应的气体进行分离对人类发展有重要意义。为存储和分离这些气体，利用各种

8、碳材料进行吸附分离是一种不错的方法。本文通过实验及分子模拟，得出甲烷、氢气及1，1，1，2．四氟乙烷(HFC．134a)这三种单组分气体及HFC．134a与氮气的二元混合气体在碳材料上的吸附分