Hoá học vật liệu
Hấp phụ khí, tách khí, lưu trữ
Liên hệ cân bằng hấp phụ phân tử và vận chuyển với tách, lưu trữ khí thực tế, chú trọng độ chọn lọc, dung lượng làm việc, tái sinh và giới hạn quy trình.
Trực giácBắt giữ, phân biệt, giải phóng
Chất hấp phụ xốp có thể giữ ưu tiên một khí khi hỗn hợp chảy qua. Nhưng liên kết mạnh không luôn hữu ích: vật liệu thực tế phải bắt giữ khí mục tiêu, giải phóng với năng lượng chấp nhận được và lặp chu kỳ nhanh mà không mất dung lượng.
Phổ thôngCân bằng và tách
Định nghĩa: Độ chọn lọc hấp phụ
Với cấu tử A, B trong hỗn hợp, độ chọn lọc IAST thường viết Sₐ/ᵦ=(xₐ/xᵦ)/(yₐ/yᵦ), trong đó x và y là phần mol pha hấp phụ và pha khí ở cân bằng. Đây là đại lượng dựa trên mô hình, không tự động đồng nhất với hệ số tách của quy trình.
Cân bằng chỉ là một phần hiệu năng. Quy trình lớp cố định còn phụ thuộc khuếch tán, nhiệt hấp phụ, sụt áp, thành phần cấp, thời gian chu kỳ và tạo hình chất hấp phụ. Đường cong breakthrough cho biết khi nào khí ra bắt đầu chứa cấu tử bị giữ.
| Chu kỳ | Thay đổi tác động |
|---|---|
| PSA | Dao động áp suất; hấp phụ áp cao, giải hấp áp thấp |
| TSA | Dao động nhiệt độ; gia nhiệt để giải hấp, làm nguội để nạp lại |
| Lai ghép | Kết hợp thay đổi áp suất, nhiệt độ, khí quét hoặc chân không |
Ví dụ: Diễn giải độ chọn lọc lý tưởng
Lời giải
S=2/(1/4)=8: ở thành phần và trạng thái cân bằng này, pha hấp phụ giàu A hơn B. Giá trị này không tự chứng minh độ tinh khiết, năng suất, dung lượng làm việc chu kỳ hay hiệu quả năng lượng trong cột thực.
Đại họcĐẳng nhiệt và dung lượng làm việc
Dạng Langmuir là lý tưởng hoá hữu ích cho các tâm độc lập tương đương và bão hoà đơn lớp; bề mặt không đồng nhất và chuyển pha khung có thể cần mô hình phức tạp hơn. Dung lượng làm việc là chênh lệch hấp phụ giữa điều kiện nạp và tái sinh, không phải tải lượng cực đại tại một điểm.
Nâng caoTừ ái lực phân tử đến giá trị quy trình
Hệ số Henry cao có thể thuận lợi cho bắt giữ khí loãng, nhưng hấp phụ quá mạnh làm tăng chi phí tái sinh. Tính không lý tưởng của hỗn hợp, nước cạnh tranh, hiệu ứng nhiệt, khuếch tán, chất kết dính tạo hình và suy giảm cơ học có thể đảo thứ hạng dự đoán lý tưởng. Cần đánh giá hiệu năng chu kỳ và năng lượng quy trình so với chuẩn phù hợp.
Nghiên cứuBiên giới nghiên cứu
Trong chu kỳ hấp phụ dao động áp suất (PSA), sự tách được tạo ra bởi
“Dung lượng làm việc” của chất hấp phụ trong quy trình tách chu kỳ là
Tài liệu tham khảo
- The Adsorption of Gases on Plane Surfaces of Glass, Mica and Platinum · I. Langmuir, 1918
- Thermodynamics of Mixed-Gas Adsorption · A. L. Myers, J. M. Prausnitz, 1965
- Post-Combustion CO2 Capture Using Solid Sorbents: A Review · A. Samanta, A. Zhao, G. K. H. Shimizu, P. Sarkar, R. Gupta, 2012