一种预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法与流程

本发明属于气体分离，具体涉及一种预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法。

背景技术：

1、活性炭作为重要的气体吸附材料，具有稳定性高、比表面积大、孔径分布广且表面官能团丰富等优势。气体吸附容量作为活性炭材料用于气体纯化的核心指标，通常需要依赖繁琐的实验测定，因此，建立一种预测不同气体在活性炭材料中吸附量的方法，将有助于显著降低不同气体纯化过程的活性炭材料的筛选难度。

2、通常，气体在活性炭材料中吸附量由气体的物性、活性炭材料的孔分布和表面官能团所共同决定，迄今为止，气体在活性炭材料中的吸附量与活性炭材料的孔分布和表面官能团间缺乏定量的关系模型，相反，建立从活性炭材料的孔分布和表面官能团与气体在活性炭材料中吸附量间的定量关系模型能够用于快速筛选及评价活性炭材料的气体吸附性能，从而优化活性炭材料的筛选与结构调控。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，该方法通过构建气体的物性、活性炭材料的孔分布和表面含氧官能团与气体在活性炭材料中吸附量间的定量关系模型，能够快速筛选及评价活性炭材料用于气体纯化的性能。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，基于气体物性参数、活性炭孔分布特征、活性炭表面化学性质构建定量预测模型，仅输入活性炭微观结构与表面性质参数，即可快速预测、评价目标气体在活性炭材料中的平衡吸附容量。

4、进一步地，所述活性炭孔分布特征为特征孔径；所述活性炭表面化学性质为活性炭表面氧碳比。

5、进一步地，所述气体为二氧化碳、甲烷、一氧化碳。

6、进一步地，所述活性炭的制备方法为：将竹炭与氢氧化钾粉末混合，将混合物料置于管式炉中进行活化，冷却后用盐酸溶液和去离子水交替清洗至中性，干燥，获得竹活性炭材料。

7、进一步地，所述竹炭与氢氧化钾粉末的质量比为0.5~4:1。

8、进一步地，所述活化温度为800℃，时间为2h。

9、进一步地，所述活性炭的表面氧碳比为0.16-1.25。

10、进一步地，所述活性炭材料用于二氧化碳的特征孔径为0.6-1.0nm，活性炭材料用于甲烷的特征孔径为0.7-1.1nm，活性炭材料用于一氧化碳的特征孔径为0.65-1.0nm。

11、进一步地，所述定量预测模型的平衡吸附容量（计算公式为：

12、；

13、式中，为活性炭中不同气体对应的特征孔体积；为气体与碳的能量参数几何平均值；α为所吸附气体的极性；o/c活性炭表面的氧碳比；p为吸附压力。

14、进一步地，模型中饱和吸附容量基础关系式为；式中，为活性炭材料的表面饱和吸附量；为活性炭中不同气体对应的特征孔体积。

15、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

16、（1）本发明通过以气体的极性和能量参数、活性炭的特征孔体积和表面氧碳比为输入值，构筑气体的物性、活性炭材料的孔分布和表面含氧官能团与气体在活性炭材料中吸附量间的定量关系模型，实现气体在活性炭材料中的吸附量准确预测。

17、（2）本发明所提出的定量关系模型预测二氧化碳、甲烷和一氧化碳在活性炭中的吸附量与实验测定结果的误差仅为13.8%。

1.一种预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于，基于气体物性参数、活性炭孔分布特征、活性炭表面化学性质构建定量预测模型，仅输入活性炭微观结构与表面性质参数，即可快速预测、评价目标气体在活性炭材料中的平衡吸附容量。

2.根据权利要求1所述的预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于：所述活性炭孔分布特征为特征孔径；所述活性炭表面化学性质为活性炭表面氧碳比。

3.根据权利要求1所述的预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于：所述气体为二氧化碳、甲烷、一氧化碳。

4.根据权利要求1所述的预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于：所述活性炭的制备方法为：将竹炭与氢氧化钾粉末混合，将混合物料置于管式炉中进行活化，冷却后用盐酸溶液和去离子水交替清洗至中性，干燥，获得竹活性炭材料。

5.根据权利要求4所述的预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于：所述竹炭与氢氧化钾粉末的质量比为0.5~4:1。

6.根据权利要求4所述的预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于：所述活化温度为800℃，时间为2h。

7.根据权利要求2所述的预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于：所述活性炭的表面氧碳比为0.16-1.25。

8.根据权利要求1所述的预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于：所述活性炭材料用于二氧化碳的特征孔径为0.6-1.0nm，活性炭材料用于甲烷的特征孔径为0.7-1.1nm，活性炭材料用于一氧化碳的特征孔径为0.65-1.0nm。

9.根据权利要求1所述的预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于：所述定量预测模型的平衡吸附容量（计算公式为：

10.根据权利要求9所述的预测气体在活性炭材料中吸附容量的方法，其特征在于：模型中饱和吸附容量基础关系式为；式中，为活性炭材料的表面饱和吸附量；为活性炭中不同气体对应的特征孔体积。