流体在碳材料中吸附分离的实验及分子模拟

【摘要】：甲烷和氢气的存储及过渡性制冷剂HFC-134a的回收,在环境保护方面具有重要的意义。碳材料具有稳定、多孔、大比表面积等性能使其广泛应用在气体储存及分离净化等领域,本文选取了碳纳米管和活性碳纤维材料,利用实验和巨正则系综Monte Carlo分子模拟相结合的方法分别研究了氢气和甲烷在辐照改性后的碳纳米管内的存储及N2/HFC-134a(1,1,1,2-四氟乙烷)二元混合物在活性碳纤维(ACF)内的吸附分离。所得主要结论如下： 1利用实验和GCMC相结合的方法模拟了氮气在不同孔径的单壁碳纳米管中的吸附,结合统计积分的方法得出了单壁碳纳米管的孔径分布。 2利用GCMC方法预测了298K、77K氢气和298K甲烷在样品中的吸附存储。结果表明：298 K和12 MPa压力下,氢气的吸附量达到1.5 wt%; 77K和12 MPa下,氢气的吸附量达到7wt%; 298 K和3.5 MPa甲烷在样品中的吸附量可以达到108V/V,表明辐照后的碳纳米管具有较好的吸附性能。 3结合实验数据,利用GCMC方法模拟了氮气在不同孔径的活性碳纤维中的吸附,通过统计积分的方法计算得出了活性碳纤维的孔径分布。 4模拟了N2/HFC-134a(1,1,1,2-四氟乙烷)二元混合物在活性碳纤维(ACF)内的吸附分离,结果表明：较小孔径、低压以及低温条件有利于HFC-134a的吸附分离。在常温下,HFC-134a在带有孔径分布的活性碳纤维实际材料内的吸附选择性可以达到62，表明我们所制备的活性碳纤维材料可以较好地分离空气中微量的HFC-134a。