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临界温度附近CO_2在多孔固体上吸附行为的研究

白书培

  本文在回顾经典吸附理论的基础上,详细地介绍了超临界吸附的研究现状。临界温度附近吸附现象的研究是吸附领域的一个明显的薄弱环节,相关的实验及理论研究的报道很少。临界温度附近吸附现象具有重要的实际意义和理论价值,因此本文重点研究二氧化碳临界温度附近多孔固体上的吸附行为。临界区附近,温度和压力的微小波动会对吸附测量的结果产生很大影响,本实验所用的吸附装置其温度和压力的测量精度与目前发表的文献中所提到的高压吸附装置相比是最高的,保证了实验数据的可靠性。用容积法测定了二氧化碳在微孔(活性炭)、中孔(SG1硅胶)和大孔(SG2硅胶)三种吸附剂上跨越临界温度(304.12k)的吸附等温线,温度范围:253.15k-360k,压力范围0-18Mpa。用氮气77k吸附和二氧化碳273.15k吸附对上述吸附剂进行了表征。二氧化碳在微孔吸附剂上的等温线,无论是亚临界温度还是超临界温度,均呈Ⅰ型。在亚临界温度下,292.15k、298.15k的等温线出现了最大值。尽管近临界区存在着多分子层吸附的可能性,吸附机理仍然以单分子层为主。用等温线线性化方法确定绝对吸附量,在此基础上确定了吸附相的性质。用周理等提出的模型化方法以及基于ESD方程的SLD模型分别成功地拟合了二氧化碳跨越临界温度的吸附数据,SLD模型可以直接拟合和预测实验测得的过剩吸附量,不依赖于绝对吸附量的确定。首次通过实验测量揭示了气体在中孔吸附剂上的等温线跨越临界温度由Ⅳ型转化为I型这一现象。二氧化碳在SG1上亚临界温度的吸附机理经历了单分子层、多分子层、毛细凝聚等三个阶段;临界温度附近的吸附机理低压下为单分子层,高压下转变为多分子层;远离临界温度时吸附机理仅为单分子层。对比二氧化碳在SG1、SG2上临界温度附近的吸附行为可以发现:孔径越大吸附相的层数越多,吸附相体积、绝对吸附量随着温度的升高而迅速下降。吸附相性质的上述变化规律是由近临界区流体的特殊性质以及吸附剂的孔结构共同决定的。受Dubinin-Polanyi理论以及等温线线形化方法的启发,我们提出了一种基于规范化等温线(GAI)的预测吸附平衡数据的新方法,该方法通过气固作用势能的理论计算和尽可能少的实验测量成功地预测二氧化碳、氢气、甲烷在不同种类的活性炭上100k的温度范围内,压力小于2Mpa的吸附数据。……   
[关键词]:超临界吸附;吸附机理;临界区;二氧化碳;活性炭;硅胶
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:天津大学2003年