簡介

在許多工業(yè)過程中，水蒸氣存在于原料中或者作為一種常見的副產(chǎn)物存在。由于水蒸氣和目標(biāo)氣體組分存在競爭吸附，導(dǎo)致吸附劑對目標(biāo)氣體組分的吸附性能會(huì)因水蒸氣存在與否而發(fā)生改變。因此，在設(shè)計(jì)吸附工藝時(shí)，應(yīng)該在接近實(shí)際過程中對吸附劑進(jìn)行評價(jià)，也就是在沒有水的情況下進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。本文闡述了CO? 和 H?O的穿透曲線測試結(jié)果。采用專業(yè)的催化劑分析儀BELCAT II進(jìn)行測試，采用四極桿質(zhì)譜儀BELMASS對吸附/解吸量進(jìn)行定量。

測試

將作為吸附劑的5A沸石分子篩樣品放入三重結(jié)構(gòu)樣品管中，在400度的氦氣流量下進(jìn)行預(yù)處理，而后在CO?/H?O/He (50 SCCM)混合氣體流量下測量穿透曲線。然后，用氦氣吹掃樣品管作為再活化處理，并進(jìn)行TPD（程序升溫脫附）測試。對空白樣品管也進(jìn)行同樣的測試。根據(jù)各曲線的差異評估各過程中的吸附/脫附量和整個(gè)測量中的質(zhì)量平衡。

使用BELMASS來評價(jià)雙組分吸附氣體的濃度變化。通過質(zhì)譜結(jié)果來計(jì)算CO?的吸附和脫附量， m/z=44， H?O ：m/z=18。

吸附劑：

5A 沸石分子篩(質(zhì)量: 0.1 g, 粒徑: 250 to 500 μm) 

前處理：

100% He 氦氣 (50 SCCM) ，400 °C，60分鐘

穿透曲線測試：

測試混合氣體 CO? (1000 ppm)/ H?O (8000 ppm)/He (50 SCCM)的出口濃度

氦氣吹掃：

氦氣 (50 SCCM)， 25°C，50分鐘 

TPD：

100% 氦氣 (50 SCCM) ，升溫速度 10°C/min ，從25 °C 到 200 °C

結(jié)果與討論

圖1顯示了CO?/H?O 穿透曲線，He 沖洗脫附和TPD測試結(jié)果。從圖中可以看出，相比于H?O, CO? 更快達(dá)到突破點(diǎn)，這表明CO?的吸附速率要高于H?O，另一方面，在1500到4000s之間，CO?的濃度變得大于1的事實(shí)來看，我們認(rèn)為在雙組分穿透曲線測試中，吸附的CO?被取代而導(dǎo)致解吸。這彰顯了相比于CO?, H?O與吸附劑之間存在更強(qiáng)的吸附作用。從后續(xù)實(shí)驗(yàn)可以看出，H?O在氦氣吹掃中不易解吸，需要在TPD測試中才能完全脫附。

Fig. 1 CO?/ H?O 穿透曲線—5A沸石分子篩的TPD 測試 

Fig.2 5A沸石分子篩CO? 單組份和CO?/H?O雙組分穿透曲線的對比

*脫附量/吸附量 ×100

從圖2中可以看出，單組份CO?和雙組分氣體混合物中的CO?在10分鐘均達(dá)到了穿透曲線的終點(diǎn)。從表一中單組份CO?脫附數(shù)據(jù)可以看出，80% 的CO? 在氦氣沖洗后解吸，CO?在TPD過程中解吸。因此，推測5A分子篩表面存在一些較強(qiáng)的CO?吸附位點(diǎn)。另外，如表一所示，雙組分系統(tǒng)中CO?吸附量要低于單組份系統(tǒng)，這是由于水蒸氣的強(qiáng)吸附作用。但是， 吸附量和脫附總量是達(dá)到平衡的。結(jié)果表面，測試的可信度很高。

因此， 通過BELCATII 和 BELMASS能夠很好地探究 CO?/H?O 吸附行為。這項(xiàng)功能有助于CO?氣體的吸附分離，實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。