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活性炭负载碳酸钾水合物吸附气体
文章作者:韩研网络部 更新时间:2019-9-11 16:41:10

  二氧化碳的获取主要集中在发电厂中的应用。然而,在某些情况下,在获取二氧化碳之前需要进行气体预处理。从环境空气中捕获二氧化碳需要具有非常低压降的吸附剂,碳酸钾是高度吸湿的盐,这一方面对于从环境空气中捕获二氧化碳效果很好。在本实验中,蜂窝活性炭体整用碳酸钾涂覆,并用湿氮气处理以使其水合。根据实验的因子设计,研究其二氧化碳的吸附能力和温度,空气含水量和空气流速对活性炭吸附的影响。

  根据仪器测试活性炭的表征

  图1a显示了在40℃和相对湿度为53%下水合处理后活性炭载体,吸附剂和活性炭X射线衍射图。由于碳酸钾倍半水合物的反射特性的存在证实了盐在载体上的负载。由于载体中加载的盐量低,解释了这些反射的低强度,5.58wt%。其余的峰对应于载体中的不同相,例如碳和二氧化硅。图1b显示了活性炭载体的SEM照片。如图中所看到的图中,信道是正方形几何形状的具有每边1.979±0.006毫米的长度,并且所述通道之间的壁的厚度是0.651±0.022毫米。图1c示出了通道的内壁的表面上,他们看起来很同质。

  图1:吸附剂和活性炭的X射线衍射图与SEM照片。

  水化实验的结果

  根据以前的测试结果,当相对湿度在6至10%的范围内并且其在40%以上潮解时,碳酸钾在25℃开始水合。如图2所示活性炭载体和吸附剂在40℃下的水吸附容量。活性炭载体的吸收在相对湿度为60%下急剧增加,在相对湿度为80%下达到最大23%的重量增加。在那里,吸附剂的吸收量几乎是载体的6倍,并且最重要的是,它远远高于理论上形成碳酸钾倍半水合物所需的量。这种显着差异的原因是盐在约相对湿度为43%下潮解,因此所有过量的水在载体材料的孔中冷凝,产生盐的水溶液。

  图2:载体和吸附剂在40°C不同相对湿度下的吸水量。

  吸附实验中二氧化碳的突破

  图3显示了实验的二氧化碳突破,除了中心点一式三份。值得注意的是,对于两个吸附温度,线条根据流速配对。活性炭以5L每分钟的二氧化碳吸附量达到出口中的最低二氧化碳浓度。该较低的出口二氧化碳浓度是气体在反应器中停留时间较长的结果。观察在40°C下完成的实验。

  图3:(a)20°C和(b)40°C实验的二氧化碳突破。

  倍半水合物的相变

  在图4中,根据在反应器内“底部”和“顶部”位置测量的温度计算的相对湿度相对于出口中二氧化碳浓度的导数作图。示出了导数而不是浓度本身给出了变化的中的活性炭对二氧化碳的吸附性能。观察到衍生物从实验开始下降并在达到40分钟之前再次上升,表明活性炭对二氧化碳吸附的再活化。拐点处的相对湿度分别在“底部”和“顶部”位置为8.8%和10.8%。

  图4:反应器内的相对湿度和出口中二氧化碳的衍生物。

  活性炭在温和的温度下通过水分回流再生

  在实验中通过在温和温度下的水分振荡进行解吸实验,以使活性炭中碳酸钾再生回碳酸钾倍半水合物在升高的温度和氮气流下的再生步骤将具有大的能量损失,使这个过程在经济上不可行。图5显示了二氧化碳浓度峰值刚好低于5000ppm。质量平衡表明,在实验中释放了吸附的总二氧化碳的50%。尽管最大二氧化碳浓度对于实际应用来说不够高,但该实验证明了在活性炭内碳酸钾倍半水合物和碳酸钾之间循环的概念。需要进一步优化解吸过程。

  图5:解吸试验。

  结果表明,使用由负载在蜂窝活性炭上的碳酸钾组成的吸附剂可以从环境空气中除去二氧化碳。取决于相对湿度,负载的碳酸钾从环境中获取水分,产生碳酸钾倍半水合物或载体孔内的水溶液。从在二氧化碳吸附之前进行的水合处理,形成能够捕获二氧化碳的水溶液。该溶液将向碳酸钾倍半水合物或碳酸钾蒸发。如果进入的空气的水蒸汽压力低于其相应的平衡水蒸汽压力。该蒸发引起吸附剂中的局部冷却,这有利于活性炭对二氧化碳吸附。通过多因素设计实验研究了吸附温度,空气含水量和空气流量对二氧化碳捕获能力的影响,表明水蒸汽压力影响最大。可以得出结论,活性炭载水合碳酸钾是用于从环境空气捕获二氧化碳以生产富含二氧化碳的空气或用于合成太阳能燃料(例如甲醇)的有前景且廉价的替代物。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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