活性炭结构改性、表征及煤井甲烷提浓的应用研究

【摘要】： 活性炭是一种很重要的吸附剂和催化剂载体,由于其特殊的孔道结构和表面化学性质,广泛应用于吸附分离,能量存储,催化反应,环境治理等领域。近十几年来,人们陆续开发了一系列孔道结构发达、表面积高、孔径分布合理的超级活性炭,使得活性炭的制备、表征和应用有了很大进步。煤井甲烷是天然气的另一种存在形式,是高效的燃料和化工原料。但是由于大量煤井甲烷气的浓度很低,无法得到有效利用。随着人们对能源需求量的增加和对环保意识的增强,煤井甲烷的回收也变得日益重要。 活性炭对煤井甲烷的提浓性能主要受其孔道结构和表面化学性质的影响,因此本论文对活性炭进行一系列的氧化改性、热处理、表面改性以调变其孔道结构和表面化学性质。研究发现,通过硝酸和双氧水对活性炭进行氧化改性,在其孔道结构无明显变化的情况下,可以引入大量酸性官能团;氧化之后的活性炭样品在氮气气氛下,经过热处理可以除去大量酸性官能团,并引入含氮碱性官能团,同时其孔道结构也有明显的改变;在氢气气氛下对活性炭进行还原改性可以除去酸性官能团,改变其孔道结构;在氮气、氨气气氛下对活性炭进行高温热处理,一方面可以引入含氮碱性官能团,另一方面可以改变其孔道结构。 在自制的简易变压吸附装置上对活性炭改性样品进行评价。将实验结果同活性炭的比表面积或孔容、孔径分布、表面化学性质等进行关联发现,比表面积或孔容、孔径分布、表面化学性质对活性炭的甲烷提浓性能有不同程度的影响。当吸附压力为3atm,甲烷初始浓度为25%时,活性炭的最佳孔径分布为0.75~0.77nm;高的比表面积和孔容有利于甲烷的提浓;对活性炭进行适当的表面改性可在一定程度上提高活性炭的提浓性能。 【关键词】：煤层气 煤井甲烷 吸附提浓 活性炭 表面改性 孔道结构改性
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ424.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 引言10
• 1.2 煤层气的生成、资源量及其分布10-11
• 1.3 煤层气的利用途径11-12
• 1.3.1 作为洁净能源11
• 1.3.2 作为碳一化工原料11
• 1.3.3 煤层气利用现状11-12
• 1.4 煤井瓦斯气富集研究现状12-14
• 1.5 活性炭的结构设计14-17
• 1.5.1 活性炭的制备及活化机理14-15
• 1.5.2 决定活性炭的吸附分离性能的影响因素15
• 1.5.3 活性炭的结构特征15-17
• 1.6 孔道结构效应17-20
• 1.6.1 适宜孔径的确定17-18
• 1.6.2 孔径修饰与控制18-20
• 1.7 表面化学性质对甲烷吸附的影响20-23
• 1.7.1 表面氧化改性20-21
• 1.7.2 表面还原改性(热处理)21-22
• 1.7.3 添加N，F，Cl等杂原子22-23
• 1.8 本论文的目的和主要任务23-25
• 第二章 实验部分25-32
• 2.1 实验原料及仪器25-26
• 2.1.1 实验原料25
• 2.1.2 实验仪器25-26
• 2.2 吸附材料制备26
• 2.3 活性炭的改性26-28
• 2.3.1 氧化改性26-27
• 2.3.2 热处理27-28
• 2.3.3 活性炭表面亲烃改性28
• 2.3.4 活性炭表面担载金属氧化物改性28
• 2.3.5 活性炭KOH的过度活化处理28
• 2.4 样品表征及实验仪器28-29
• 2.4.1 低温氮气吸脱附28-29
• 2.4.2 红外光谱仪29
• 2.4.3 Boehm滴定29
• 2.4.4 程序升温脱附29
• 2.5 评价装置及其评价程序29-32
• 2.5.1 研究体系的确立29-30
• 2.5.2 吸附剂的常压吸附性能评价30
• 2.5.3 吸附剂的动态变压吸附性能评价30-31
• 2.5.4 活性炭活化条件的确定31-32
• 第三章 吸附剂的筛选与结构改性32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 吸附剂的筛选32-36
• 3.3 孔道结构的修饰36-41
• 3.3.1 KOH过度活化改性36-39
• 3.3.2 高温热处理改性39-41
• 3.4 表面结构改性41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 活性炭结构设计及表征44-74
• 4.1 引言44
• 4.2 活性炭表面氧化改性44-60
• 4.2.1 双氧水改性44-51
• 4.2.2 硝酸改性51-56
• 4.2.3 O_2循环氧化改性56-60
• 4.3 热处理改性60-64
• 4.3.1 孔道结构的表征61-62
• 4.3.2 表面结构的表征62-64
• 4.4 活性炭复合改性64-71
• 4.4.1 HNO_3 氧化+N_2 热处理64-69
• 4.4.2 H_2O_2 氧化+N_2 热处理69-71
• 4.5 表面负载改性71-73
• 4.6 本章小结73-74
• 第五章 活性炭变压吸附富集甲烷性能的评价74-86
• 5.1 引言74
• 5.2 变压吸附富集甲烷经济性评价74-75
• 5.2.1 理想混合气模型74-75
• 5.2.2 实际混合气模型75
• 5.3 活性炭样品的变压吸附评价75-84
• 5.3.1 活性炭的结构因素76-78
• 5.3.2 表面酸碱度的影响78-79
• 5.3.3 表面积的影响79-80
• 5.3.4 孔径的影响80-82
• 5.3.5 表面化学性质的影响82-83
• 5.3.6 粒度的影响83-84
• 5.4 变压吸附条件的优化84-85
• 5.5 本章小结85-86
• 结论86-87
• 参考文献87-93
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果93-94
• 致谢94-95
• 作者简介95

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

活性炭高选择性净化医用一氧化氮中二氧化氮的特性研究    陆僖

活性炭材料变压吸附分离煤矿瓦斯的研究    宁红艳

微孔炭的纳米孔结构和表面微结构    杨全红,郑经堂,王茂章,张碧江

我国煤层气开采利用现状及其产业化展望    鲜学福

“九五”中国能源形势分析与预测    门可佩

矿井回风流中低浓度瓦斯利用现状及前景    牛国庆

炭分子筛的研究进展    陆安慧,郑经堂,王茂章

气体分离用变压吸附剂的研究进展    童东绅,周春晖,葛忠华,李小年,袁良财,张波

微孔容积填充吸附理论的研究    谢自立,郭坤敏

改性活性炭对有机物的吸附性能    范延臻,王宝贞,王琳,余敏

改性PAN基活性碳纤维的SO_2吸附性能    刘中正，串亚权，罗德明，尹华强，刘谦，华坚，胡玉英

改性活性炭的吸附性能变异探讨    范顺利，孙剑辉，李红星，王军

煤层甲烷变压吸附浓缩的研究    杨明莉

改性活性炭吸附净化二氧化硫实验研究    李国莲;

湖北省发展能源农业的优势与对策    杨新笋;张琳;程航;周宏;黄钺;雷剑;张似松;

活性炭脱除废水中对硝基苯酚的研究    谢红梅;张丽;许尊炼;王瑜珑;翟洺剑;

活性炭孔径调控技术研究进展    刘雪梅;蒋剑春;孙康;

催化活性炭纤维脱硫除汞性能试验研究    许绿丝,钟毅,金峰,曾汉才

活性炭性质对其吸附水中硝基苯性能的影响    刘守杰;李永光;佘玉奇;

活性炭改性及在发黄偏二甲肼脱色中的应用    陈丽萍;苟小莉;李霞;

活性炭吸附二氧化碳性能的研究    张丽丹;王晓宁;韩春英;郭坤敏;

碳分子筛分离氧氩过程的实验研究    崔红社,刘应书,刘文海,乐恺,张德鑫

微型变压吸附分离空气制氧均压过程    卜令兵;刘应书;刘文海;侯庆文;张德鑫;

活性炭纤维基础理论进展评述    李石;郑经堂;赵玉翠;

天然气吸附剂研究进展    于振兴;范雪蕾;郑伟;付红英;张宇航;吴宏;

LSX分子筛的合成及其空分吸附性能    邢淑建;臧甲忠;刘冠锋;于海斌;

分子筛吸附剂的研究进展    程志林;张冠军;张月红;

深冷空分专用分子筛吸附剂的研制及性能    程志林;

生物质直接气化转化可以替代天然气工艺研究    朱波;陈汉平;鞠付栋;王贤华;杨海平;

活性炭纤维改性对印刷废气中乙醇吸附的研究    李洪美;迟广俊;张建军;王同华;

微波技术在废气治理中的应用    卢彩虹;高缨;李杰;周黎明;鲁胜利;周建梅;刘波;

微型PSA制氧均压流程工艺参数试验研究    刘应书;卜令兵;刘文海;侯庆文;张德鑫;

碳分子筛吸附分离CH_4/N_2混合物的研究进展    席芳;林文胜;顾安忠;刘薇;齐研科;

铝柱撑蒙脱石的制备、结构及其吸附性能研究    王桂芳

活性半焦低温催化氧化脱除烟气中NO的研究    高健

城市能源战略储备系统研究    秦青林

竹材液化物碳纤维的制备、结构与性能表征    张建辉

产业集群与循环经济的关系研究    张伟

粘土基多孔吸附/催化材料及其净化典型VOCs的性能    屈芳

MCFB烟气净化系统的多种污染物协同脱除研究    刘海蛟

双甘膦催化氧化制草甘膦过程研究    周曙光

改性吸附材料对恶臭气体的吸附效应与机理研究    刘南

聚合氯化铁—腐殖酸（PFC-HA）絮体空间形貌的各向异性研究    于富玲

臭氧果蔬保鲜设备的研制    崔强

考虑温度作用下煤层气—水两相流运移规律的研究    李义贤

高压空气冲击煤体气体压力分布的模拟研究    陈静

改性活性半焦脱除烟气中NO_X的研究    王萍

炭基吸附剂在模拟卤水提碘中的应用研究    韩欣欣

纳米金属的制备及其在处理典型有机污染物中的应用    王晴晴

炼油工艺改造扩建项目技术可行性及风险管理    童办平

改性高分子吸附剂的吸附性能研究及应用    锡林哈斯

三价钴氨络合物催化还原中活性炭改性的研究    程静怡

活性炭吸附技术去除水中三卤甲烷的应用研究    张娇

麻风树果壳活性炭表面分形维数的实验研究    赵瑞方;华坚;陈放;张志林;尹华强;田建;刘春琼;

活性炭纤维活化机理研究    高首山,孙家军

活性碳纤维的化学改性    高首山,邓景屹,刘文川

气体分离用炭膜──膜孔径对膜分离特性的影响    王树森，曾美云，王志忠

浸渍改性活性炭脱除低浓度H_2S的研究    秦悦;张永春;陈绍云;

活性炭的改性及吸附性能    高立新;李宁宁;黄志鹏;徐啸峰;

高选择性透过SO_2气体分离膜研究 Ⅰ.丙基乙烯基亚砜改性聚乙烯醇功能高分子的合成    张一烽,龚张水,沈之荃

污泥改性活性炭技术及其应用进展    朱石清;尹炳奎;朱南文;员帅波;寿宗奇;

矿井回风流中低浓度瓦斯利用现状及前景    牛国庆

脉冲放电产生医用NO副产物NO_2的去除    王贺礼;胡辉;李劲;赵全中;

椰壳基微孔活性炭制备与表征研究    苏伟

分子筛炭膜的制备、微结构及气体分离性能    张兵

功能炭膜的设计、制备及其气体分离性能    刘庆岭

焦炉煤气中氢气和甲烷的吸附分离    刘艳娜

吸附法分离回收工业尾气中烯烃的研究    曾海

生物质热裂解实验研究及热裂解产物利用    王栋

球状活性炭的研制    刘生

改性煤变压吸附浓缩煤层气中甲烷的研究    张福凯

对煤层气（甲烷）有吸附选择性的材料制备及其吸附性能研究    武凯

H_3PO_4、KOH活化法桐壳基活性炭的制备及其吸附性能的研究    周丕严

氯化锌活化法桐壳基活性炭的制备及表征    林云珠

脉冲放电产生医用一氧化氮混合气中二氧化氮的去除方法研究    王贺礼

负载化离子液体用于酸性气体的分离    张正敏

活性炭成型及其对天然气吸附性能的研究    闫新龙

热处理改性的活性炭纤维的脱硫活性    李开喜,凌立成,刘朗,张碧江,刘振宇

共沉淀法制备甲烷部分氧化制甲醇用多元复合氧化物催化剂    韩占生,潘卫,潘伟雄,赵炀,李晋鲁,朱起明,田金忠,黄宁表

搀杂氟对类金刚石薄膜的影响    唐雄心,赵建生

超大比表面积活性炭纤维对氮的多段吸附机理    杨全红,郑经堂,王茂章,张碧江,樊彦贞

氟化活性炭纤维对极性分子的吸附    李国希,金子克美,东原秀和

煤基富勒烯的制备研究    邱介山,周颖,王琳娜,杨兆国,韩红梅

提高碳分子筛氧氩分离特性的技术方法    朱学军,郭彤

变压吸附制氮    邵皓平，李式模

煤矿二氧化碳突出与研究    陶明信,徐永昌,马玉贞,陈发源

国际煤层气组成和成因研究    李晶莹,陶明信

微孔结构与表面改性对活性炭吸附储氢能力的影响(英文)    苏伟;周亚平;魏留芳;孙艳;周理;

提高煤层气甲烷浓度的吸附剂的选择研究    辜敏;鲜学福;

改性磁种—活性炭工艺处理油污染深井地下水    曹雨平;邓阳清;刘亚凯;

吸附剂的改性及脱除乙二醇中微量杂质    徐涛;刘晓勤;刘定华;姚虎卿;

变压吸附浓缩煤层气吸附剂的选择实验    刘应书;郭广栋;杨雄;李永玲;张辉;孟宇;

稻壳基活性炭表面改性及其对苯酚的吸附性能    厉悦;李湘洲;刘敏;

表面改性活性炭对CO_2的吸附性能    王重庆,刘晓勤,姚虎卿

活性炭表面改性及吸附极性气体    单晓梅,杜铭华,朱书全,张文辉

活性炭表面改性及其对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究    李湘洲,肖建军

关于煤层气体热力学理论和若干参数计算的研究    吴俊;

SCB60煤层气钻机的研制    李勇;彭卫东;

煤层气地球化学与资源类型研究进展    陶明信;

用典型曲线计算煤层气资源量    韩保山;张新民;

煤层气聚气历史研究及其地质意义    赵孟军;宋岩;苏现波;柳少波;秦胜飞;洪峰;

晋城矿区煤层气储藏特征及开发前景    徐会军;王保玉;周东;

山西省沁水煤田沁源区块煤储层特征及煤层气富集的地质因素分析    黄述森;

煤层气与西部开发战略    董全庚;

注CO_2提高煤层气采收率的模拟实验研究    吴建光;叶建平;唐书恒;

煤层气压裂工艺技术研究    冯三利;张遂安;胡爱梅;马方明;张秉铭;丛连铸;吴建光;范华;孙晗森;郭本广;黄圣祥;樊生利;李安启;

提高煤层气采收率途径的探讨    赵光宇;

每天百万立方米煤层气被点天灯    本报记者 李仑 通讯员 郎亚娟

沁水煤层气安全开发路漫漫    本报记者 李仑 通讯员 郎亚娟

洁净新能源 还一片蓝天    本报记者 李萍 本报通讯员 龚奕丹

港华煤层气液化项目一期工程投产    记者 王龙飞　通讯员 宋薇

单独挺进煤层气    刘涛

山西五家煤层气探采企业被叫停    记者 李仑 通讯员 郎亚娟 陈杰斌

我国大力推进煤层气抽采利用    本报记者 孙郁瑶

煤层气变为资源新贵    莆阳

我国首次自主煤层气空气反循环动力造穴井试验成功    李治山

山西将建全国最大煤层气液化项目    郭沁栋　于海亮

煤层甲烷变压吸附浓缩的研究    杨明莉

载能离子陶瓷刀具表面改性研究    彭志坚

核—壳结构的凹凸棒土—聚合物纳米复合材料的制备与表征    刘玉山

胶体五氧化二锑的制备、性质及对环氧树脂阻燃作用的研究    张利

等离子浸没注入和多弧离子镀对纯钛及钛合金表面改性的基础研究    黄承敏

磷掺杂对活性氧化铝性能与结构的影响及机理研究    王燕鸿

功能化介孔材料的合成及其在固相微萃取中的应用    王雪梅

富勒烯类碳材料低温制备、表面改性及在聚合物基体中的分散性研究    郭兴梅

纳米氧化物的制备及其催化性能研究    马振叶

高分子磁体/无机物复合材料的电磁性能与应用研究    林云

活性炭结构改性、表征及煤井甲烷提浓的应用研究    赵国锋

表面改性的活性炭在合成乙二醇反应中的应用研究    蔡兴娅

超细氧化铁红颜料粉体的表面改性研究    张清辉

聚丙烯表面改性及丙纶纤维增强水泥基复合材料应用性能的研究    王荣

低密度聚乙烯膜的表面改性及其性能研究    杨思广

纳米填充型聚合物的制备及其导电性的研究    李哲男

多壁碳纳米管表面改性及其微波吸收性能研究    李建婷

碳纳米管的环氧化改性以及碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备和性能研究    戴胜

碳纳米管/硫属半导体复合材料的制备及性能研究    焦志辉

芳纶增强橡胶密封复合材料的研究    金辉