【摘 要】
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发展从低品位煤层气富集甲烷技术具有重要的工业和社会需求。吸附法因其节能高效的优点被认为是最具有潜力的从煤层气中吸附分离CH4/N2的技术,吸附材料是其分离技术的关键。本文主要围绕从低品位煤层气中分离CH4/N2这一工业需求,探究以绿色环保的合成方法制备出一系列高吸附量,高选择性的多孔碳材料,研究其对CH4/N2的吸附分离性能,并探索碳材料孔隙结构对CH4/N2吸附分离性能的影响规律,为制备高性能碳
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发展从低品位煤层气富集甲烷技术具有重要的工业和社会需求。吸附法因其节能高效的优点被认为是最具有潜力的从煤层气中吸附分离CH4/N2的技术,吸附材料是其分离技术的关键。本文主要围绕从低品位煤层气中分离CH4/N2这一工业需求,探究以绿色环保的合成方法制备出一系列高吸附量,高选择性的多孔碳材料,研究其对CH4/N2的吸附分离性能,并探索碳材料孔隙结构对CH4/N2吸附分离性能的影响规律,为制备高性能碳材料及其在CH4/N2方面的应用提供新的理论和技术基础。本文的选题具有重要的科学研究价值和实际意义。本文研究制备了氨基葡萄糖基超微孔碳材料GMCs及其对CH4/N2的吸附分离性能。采用水热碳化法和直接热解法制备碳材料,并对其进行表征和性能测定。结果表明在水热碳化过程中引入少量氯化锌能有效提高材料的比表面积和孔容,所制得的碳材料GMCs均具有超微孔结构以及优良的CH4吸附容量和吸附选择性。在298 K,100 k Pa条件下,GMC2-7对CH4的吸附容量为1.06 mmol/g,CH4/N2的IAST（Ideal Adsorbed Solution Theory）选择性为6.6,GMC2-5拥有最高的吸附选择性,达到9.3。本文研究制备了糖蜜基超微孔碳材料MACs及其对CH4/N2的吸附分离性能。所制备的材料均具有超微孔结构,样品MAC1-7的比表面积为376.0 m~2/g,总孔容为0.21cm~3/g。与GMCs相比,所合成的MACs材料具有更高的CH4吸附容量以及吸附选择性,其CH4吸附容量达到1.14 mmol/g,CH4/N2的IAST选择性达到7.1。所制备的材料能在常温常压下实现CH4/N2的完全分离。MACs采用低廉可再生的制糖工业副产物为碳源,制备工艺绿色环保,具有较好的工业应用价值。本文探索了一种淀粉-沥青基多孔碳材料SAACs的绿色制备方法及其对CH4/N2的吸附分离性能。采用二氧化碳一步活化法制备碳材料,不需化学活化剂,不需不熔化处理,不需有机试剂洗涤,具有操作简单,绿色环保等优点。所制备的SAACs样品具有较高的CH4吸附量和吸附选择性,其对CH4/N2的IAST选择性可达6.0。分子模拟和实验结果表明0.4-0.7 nm的孔径有利于CH4/N2的吸附分离。
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