一种新的颗粒炭材料的制备及其高效分离甲烷氮气性能

摘要

主要围绕从低品位煤层气中回收分离低浓度的CH4这一重要需求,探索以生物质为碳源研制具有优良CH4/N2分离性能的颗粒炭吸附剂.选择大米碎粒作为碳源,通过碳化制备颗粒状炭前体,然后应用CO2进行活化,制备出大米基颗粒炭材料(GRCM),研究其吸附分离CH4/N2的性能.所制得的颗粒炭材料具有较窄微孔分布,其中样品GRCM-900的BET比表面积为938.529 m2/g.FT-IR分析结果显示大米基颗粒炭表面含有羟基及羰基等含氧官能团.其CH4吸附容量和CH4/N2吸附选择性分别高达1.32 mmol/g和5.68(在298 K和100 kPa条件下),优于大多数已报道的粉末状炭材料和MOF材料.分子模拟揭示了甲烷和氮气在GRCM炭材料狭缝孔道中的吸附构型和差异.固定床实验证实,应用GRCM炭材料可以在常温条件下有效地分离CH4/N2混合物,所制得的颗粒GRCM在从低品位煤层气中回收CH4方面有很好的应用前景.