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摘要
针对CH4/N2变压吸附用碳分子筛建立统一的表征方法及评价体系，有利于客观评价吸附剂的性能优劣，以便于指导分离CH4/N2用碳分子筛的选择与制备。选用分离效果较优的典型性碳分子筛样品，采用氮吸附脱附法对样品的孔隙结构进行表征，用扫描电镜观察样品的表面形貌，通过X射线衍射和X-射线光电子能谱对样品的表面元素组成和化学状态进行表征，利用自制高压吸附装置、热重分析仪和变压吸附装置对样品平衡吸附、动力学吸附和变压吸附性能进行试验研究。结果表明：碳分子筛中的微孔发挥关键性分离作用，应结合孔容与孔径分布情况开展分离性能评价；碳分子筛表面的含氧官能团可形成活性中心，促进样品的吸附分离；CH4/N2平衡吸附分离比大于3时，可实现对煤层气中CH4/N2的有效分离；由样品动力学吸附表明，吸附初期N2的吸附速率明显大于CH4,可用PSA分离CH4/N2;在选用碳分子筛时进行强度和变压吸附评价，即可确定商品碳分子筛可否使用；在制备碳分子筛时可结合孔径分析指导制备过程中的炭化、活化和调孔步骤，依据表面化学性质评价以指导制备原料选择和预氧化程序，通过吸附评价得出碳分子筛的吸附容量和分离性能，再通过强度测定评价其使用寿命。
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单位煤炭科学技术研究院有限公司
