甲烷在成型纳米活性炭中的吸附动力学特性

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1、第５９卷第１１期化工学报Ｖｏｌ．５９Ｎｏ．１１２００８年１１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｃｈｉｎａ）Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２００８檭殐檭檭檭檭殐檭檭研究论文檭甲烷在成型纳米活性炭中的吸附动力学特性檭殐檭檭檭檭殐檭郭亮，彭晓峰，吴占松（清华大学热能工程系，北京１０００８４）摘要：为提高天然气储气装置的单位体积储气量，模压成型的大尺寸吸附剂得到越来越多的应用，有关甲烷在这种吸附剂的吸附动力学问题也成为关注热点。采用差压穿透实验，在较宽广的温度和压力范围内测量了甲烷在成型纳米活性炭中吸附过程的表面扩散系数，利

2、用ＭａｘｗｅｌｌＳｔｅｆａｎ模型分析了表面扩散、Ｋｎｕｄｓｅｎ扩散和黏性流扩散对总吸附过程的影响以及与温度和压力变化的相关性，并根据实验结果导出表面扩散系数的经验关联式。研究结果表明，在实验温度和压力范围内，表面扩散对甲烷在纳米活性炭型炭中的吸附过程起主导作用，但在低压条件下Ｋｎｕｄｓｅｎ扩散也非常重要。随压力升高，表面扩散系数趋于定值，而黏性流扩散作用持续增强，成为吸附过程的重要影响因素。关键词：甲烷；纳米活性炭；吸附动力学；扩散中图分类号：Ｏ６４７文献标识码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２００８）１１－２７２６－０７犇狔狀犪犿犻犮犪犾犮犺犪

3、狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犿犲狋犺犪狀犲犪犱狊狅狉狆狋犻狅狀狅狀犿狅狀狅犾犻狋犺狀犪狀狅犿犲狋犲狉犪犮狋犻狏犪狋犲犱犮犪狉犫狅狀犌犝犗犔犻犪狀犵，犘犈犖犌犡犻犪狅犳犲狀犵，犠犝犣犺犪狀狊狅狀犵（犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犜犺犲狉犿犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犜狊犻狀犵犺狌犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犅犲犻犼犻狀犵１０００８４，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｍｏｎｏｌｉｔｈｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓａｄｓｏｒｂｅｎｔｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｎａｔｕｒａｌｇａｓ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙｉｎｓ

4、ｐｉｒｅｓｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｍｅｔｈａｎｅｏｎｔｈｉｓｔｙｐｅｏｆａｄｓｏｒｂｅｎｔｓ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｐｅｒｍｅａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．ＴｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆＫｎｕｄｓｅｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎ，ｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗａｎｄｓｕｒｆａｃｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｏｎｔｏｔａｌｄｉｆｆｕｓｉｏｎｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＭａｘｗｅｌｌＳｔｅｆａｎｍｏｄｅ

5、ｌ，ａｎｄｔｈｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｓａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｎｅｍｐｉｒｉｃａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｄｏｍｉｎａｔｅｄｂｙｓｕｒｆａｃｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎ，ｗｈｉｌｅＫｎｕｄｓｅｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎｗａｓａｌ

6、ｓｏｉｍｐｏｒｔａｎｔａｔａｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｓ．Ａｓｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｐｐｒｏａｃｈｅｄａｃｏｎｓｔａｎｔｖａｌｕｅ，ｈｏｗｅｖｅｒｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｋｅｐｔｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｒｉｓｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｎｇａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｔｏｔｈｅｔｏｔａｌｆｌｕｘ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｍｅｔｈａｎｅ；ｎａｎｏｍｅｔｅｒａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｓ；ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ够大规模制备Ｌａｎｇｍｕｉｒ比表面积

7、在３０００ｍ２·引言－３以上、平均孔径在纳米级别的纳米活性炭，ｃｍ近年来，随着炭材料制备技术的发展，已经能这种活性炭对特定气体（如甲烷）具有突出的吸附２００８－０３－２４收到初稿，２００８－０５－１１收到修改稿。犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲：２００８－０３－２４．联系人：吴占松。第一作者：郭亮（１９７４—），男，博士研犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉：Ｐｒｏｆ．ＷＵＺｈａｎｓｏｎｇ．犈－犿犪犻犾：ｗｚｓ＠究生。ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ基金项目：国家“十五”科技攻关计划项目（２００４ＢＡ６１６Ａ１０）。犉狅狌狀犱犪狋犻狅狀犻狋犲犿：

8、ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＲ＆ＤＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ