联系我时，请告知来自化工仪器网
400-875-1717转866
400-875-1717转866
氮气和氧气是应用zui 广泛的工业气体，但因两者的动力学直径、沸点等特性非常接近，传统工艺难以低成本分离提纯，因此基于吸附原理的新型分离技术应运而生，利用氮气分子强四极矩特性，优先吸附氮气。
那么问题来了，如何找到更合适的吸附材料，又如何选择更适合的吸附环境？
本研究采用马尔文帕纳科AccuSorp HP 高压容量法气体吸附仪，分别在 15 ℃、25 ℃、35 ℃条件下采集 LiX 分子筛的氮气、氧气吸附等温线，测试zui 高压力 10 bar；基于等温线数据计算吸附等量焓，并借助设备配套 MicroActive 数据处理软件内置的理想吸附溶液理论（IAST），评估材料对氮气 / 氧气的吸附选择性。
高压容量法气体吸附仪
AccuSorp HP
AccuSorp HP 全新高压容量法气体吸附仪，可在zui 高200bar压力条件下测量气体储存容量，比表面积、孔隙率和吸附动力学，反应真实应用工况下的材料性能。依托Micromeritics 60余年的气体吸附技术经验，AccuSorp HP可以获得符合学术发表标准的数据，无人值守全自动运行，满足工艺研发和质量控制中的高通量测试需求。
点击了解新品详情……
测试与结果
LiX分子筛通过VacPrep前处理脱气站脱气，后转移至AccuSorp HP主机进行吸附测试；样品池采用 2 ml不锈钢腔体。配套恒温循环浴系统控温，分别稳定至 15℃/25 ℃/35 ℃；高压工况下氮气、氧气均偏离理想气体状态方程，实验全程采用空白校正以精准计算吸附量。
实验结果显示：常温条件下 LiX 对氮气吸附能力强，1 bar 压力下吸附容量约 1 mmol/g，10 bar 压力下吸附量超 2.5 mmol/g。氮气吸附驱动力来源于氮气四极矩与分子筛内锂离子之间的强相互作用。相比之下，LiX 对氧气吸附作用微弱：1 bar 压力下吸附容量仅 0.2 mmol/g；三种测试温度下，10 bar 压力时氧气吸附容量仅 1.1~1.4 mmol/g。
图1 LiX 分子筛在 15 ℃、25 ℃、35 ℃下的氮气吸附等温线
图2 LiX 分子筛在 15 ℃、25 ℃、35 ℃下的氧气吸附等温线
利用 MicroActive 数据软件解析等温线数据，还可以得到氮气、氧气在 LiX 表面的吸附焓。吸附焓代表气体分子吸附至材料表面释放的能量，数值越高，分子与材料相互作用越强。
与预期一致：LiX 分子筛对氮气吸附容量远高于氧气，对应吸附焓也显著更高。氮气趋于零覆盖度下吸附焓超过 25 kJ/mol，且随吸附覆盖度升高持续下降；氧气吸附焓在全部覆盖度区间基本恒定，约 14 kJ/mol（见图 3）。
图 3：氮气（上）、氧气（下）在 LiX 分子筛上的吸附焓曲线
理想吸附溶液理论选择性计算
理想吸附溶液理论（IAST，Myers & Prausnitz，1965，《AIChE Journal》）可通过单组分吸附等温线数据，预测多组分混合气体吸附行为。本研究借助 MicroActive 内置 IAST 模块，基于 AccuSorp HP 测得的单组分数据，计算 LiX 分子筛的氮氧吸附选择性。计算结果表明：氮氧选择性随温度升高、混合气中氮气摩尔占比升高而下降（见图4）。15 ℃、低氮气浓度工况下，氮 / 氧吸附选择性约 20；混合气氮气占比升高后，选择性降至略大于10。三组测试温度均呈现相同变化规律，其中 15 ℃条件下整体选择性zui 优。
图4：15 ℃（上图）、25℃（中图）、35℃（下图）下 LiX 分子筛氮气（组分 1）/ 氧气（组分2）吸附选择性；横坐标为气相氮气摩尔分数
结论
本研究采用 AccuSorp HP 高压容量法气体吸附仪，在 10 bar 压力上限、15/25/35 ℃三种温度下完成 LiX 锂交换 X 分子筛的氮氧高压吸附等温线测试；依托设备配套分析模块，完成吸附等量焓计算与 IAST 理想吸附溶液理论选择性模拟。
实测数据证实：常温环境下 LiX 分子筛具备优异的氮气优先吸附分离性能，15 ℃、10 bar 工况下氮气饱和吸附容量可达 3 mmol/g。本应用案例充分展现 AccuSorp HP 高压吸附仪对多孔材料高压吸附表征的完整测试能力，同时说明 MicroActive 软件可实现等温线、吸附焓、多组分选择性全套数据深度解析。
微信扫一扫
访问手机端