CH4/N2吸附模型的拟合效果对比及热力学分析

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简介：
本研究对比了多种模型在CH4/N2混合物中的吸附性能，并进行了详细的热力学分析，以期为气体分离提供理论指导。为了为煤层气中的甲烷与氮气的变压吸附分离提供相关的模型和热力学数据,我们采用静态体积法在温度298.15、313.15、328.15 K条件下测试了CH4N2在自制炭分子筛上的吸附量。使用Langmuir等九个不同吸附模型对所得的实验数据进行了非线性拟合，并通过比较各模型的拟合精度，得出最优化体积填充模型DA具有最佳效果；而Freundlich经验方程则表现较差。另外，对于N2而言，Langmuir、Sips和Toth等其他几个中间水平的吸附模型也表现出良好的适应度。对各个模型所获得的参数进行了详细的分析后发现，BET方程不适合描述CH4与N2在该炭分子筛上的吸附行为；而在Langmuir、Toth及E-L这些适合描述物理吸附过程的模型中，饱和吸附量qm随温度上升而减少，并且这种变化对于氮气的影响更为显著。此外，在反映表面能量不均匀性的参数n方面，随着温度升高，E-L模型和Toth模型以及Sips模型中的该值均有所增加；而在F-L模型中分形维数D的增大表明了高温条件下炭分子筛表面结构更加复杂。从热力学角度来看，我们发现这种自制炭分子筛对CH4与N2具有典型的物理吸附特性。其中平均等量吸附热分别为11.80 k Jmol和9.06 kJ/mol。此外，在整个吸过程中的氮气的等温线变化范围比甲烷更大。

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CH4/N2吸附模型的拟合效果对比及热力学分析

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CO2和CH4在狭缝型孔内的竞争吸附分子模拟

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