PDF《- MOFs上的吸附分离研究》

3 ] .此外, 煤层气中最主要的成分 CH4 是重要的 化工原料, 因此, 分离提纯煤层气具有环保和经济双重 效益. 煤层气中除了以 CH4 为主外, 还含有一部分 N

2 6

5 石油与天然气化工CHEM I C A LE NG I N E E R I NG O FO I L &

G A S

2 0

1 7 作者简介: 韩素英(

1 9

8 9-) , 女, 山东青岛人, 硕士, 主要从事工业催化、 化工材料方面的研究.E - m a i l : h a n s u y i n g 7@1

6 3. c o m 及少量 C O

2、 O

2、 H2 S、 水蒸气等杂质气体.煤层气经 过净化预处理除去 H2O 和CO2等杂质的抽放煤层气 可看作是 CH4 / N

2 的混合气体.其中, CH4 / N

2 因两 者动力学直径相近且在超临界条件下有相似的性质而 成为最难分离的体系, 因此, 开发利用抽放煤层气的关 键是 CH4 / N

2 的分离.目前报道的 CH4 / N

2 分离方 法主要有深冷分离法[ 4] 、 吸收法[

5 -

6 ] 、 膜分离法[ 7] 和吸 附等 方法[

8 ] .其中, 变压吸附(PressureS w i n g A d - s o r p t i o n , 以下 简称PSA) [

9 ] 技术因工艺流程比较简单、 需要经费较少, 使得对于甲烷的分离和提纯变得更 加经济高效, 在工业上应用较广泛.采用变压吸附法 分离 CH4 / N

2 的关键在于选用何种吸附剂, 活性 炭、 分子筛等传统的吸附剂因对 CH4 / N

2 的分离因子比 较低( 一般9 9.

9 9%( φ) ) , N

2 ( 纯度 >

9 9.

9 9 5%( φ) ) , H e( 纯度 >

9 9.

9 9 9%( φ) ) , 青岛天源气体公司;

X 射线衍射仪 ( X R D, X'

P e r tMP D P r o型, P a n a l y t i c a l公司) , 比表面与 孔隙分析仪(ASAP2020型, M i c r o m e r i t i c s 公司) ,热重分析仪(TGA / D S C - 1,瑞士ME T T L E R TO L E D O) . 1.

2 实验方法 准确称取 Z r C l 4(

2 3m g , 0. 1mm o l ) 和配体 H4 L (

5 5m g , 0. 1mm o l ) 放于1 0m L 试剂瓶中, 然后加入 5.

0 m L DMF 和冰醋酸的混合溶液(其体积比为4∶1 ) , 密封, 置于烘箱中, 烘箱设定温度为1

2 0 ℃, 并 在此温度下保持28

8 0m i n , 然后以0.

1 ℃/ m i n的速 率将反应体系缓慢冷却至室温.用丙酮洗涤, 干燥, 得 到无色棒状晶体, 记为 Z r - MO F s .配体 H4 L 的结构 式如图2所示.

7 5 第4 6卷第6期 韩素英 等CH4 / N

2 在Zr-MO F s上的吸附分离研究 1.

3 样品表征 采用 X 射线单晶仪测其晶体结构和单胞参数;

通 过热重分析仪在 N

2 氛围下测试了其在4 0~9

0 0 ℃的 热稳定性能;

采用比表面与孔隙分析仪表征样品的孔 结构, 测试前将 Z r - MO F s泡于色谱甲醇中, 每天更换 新鲜溶剂, 重复3次, 抽真空, 然后分别在1

2 0 ℃下真 空活化6h得到去溶剂的 Z r - MO F s , 后又在7

7 ℃ 下 进行液氮吸附, 样品的比表面、 微孔孔容及孔径分布基 于BET理论、 t - p l o t方程和 D F T 模型计算得到;

采用 X 射线衍射仪表征样品的晶型, 采用 C u - K α靶, X 射线波长0.

1 5

4 1 n m,扫描范围560°,扫 描速率1.

0 ° / m i n . 1.

4 吸附等温线测定 采用比表面与孔隙分析仪( A S A P

2 0

2 0型, M i c r o - m e r i t i c s公司) 测量纯气体的吸附等温线, 温度精度为 ±0.

3 ℃.测试前先将样品泡于色谱甲醇中, 每天更 换新鲜溶剂, 重复3次, 抽真空, 除去样品孔道内的水 蒸气和杂质气体, 然后分别在1

2 0 ℃下真空活化6h, 得到去溶剂的 Z r - MO F s ;

CH4 / N

2 的吸附等温线分别 于2