[发明专利]一种测定气体吸附剂变温再生能耗的方法

说明书

本发明公开一种测定气体吸附剂变温再生能耗的方法，具体地说吸附剂变温再生能耗E由两部分组成：气体的脱附焓变ΔH_des和吸附剂显热ΔH_sen；其中脱附焓变ΔH_des通过计算吸附过程的吸附焓变ΔH_ads，即在吸附温度T_ads和脱附温度T_des下吸附焓H_ads的差值得到，而吸附焓H_ads由相应温度T下的等量吸附热Q_st,T对吸附量q进行积分得到；其中显热ΔH_sen通过单位质量吸附剂的等压比热容C_p,m对温度T进行积分计算得到；吸附量q通过等温吸附实验或热重实验来测定；等量吸附热Q_st,T通过温度T附近两个不同温度下的等温吸附实验来测定；等压比热容C_p,m通过综合物性测量系统来测定；气体吸附、脱附的温度和压力由实际工况来决定。本发明具备测量快速，结果准确，且适用于绝大部分固体吸附剂等优点。

技术领域

本发明涉及吸附剂领域，具体的说是一种测定气体吸附剂变温再生能耗的方法。

背景技术

近几十年来，全球变暖和气候变化的形势日益严峻，且正加剧地影响着人们生产生活。现在普遍认为过量排放的温室气体，特别是二氧化碳，是罪魁祸首。然而大气中CO₂浓度仍在逐年增加，从1750年约277ppm，涨到2019年历史最高记录的412ppm。为了减少大气中二氧化碳浓度，学者们提出了许多可行的措施。其中，碳捕集与封存是最有前景的措施之一，因为它既可以有效的减少碳排放，又不会阻碍社会和经济的发展。

目前工业主要使用胺洗涤剂(如30wt％单乙醇胺溶液)来捕集碳，但其具有腐蚀性，且材料再生时需消耗大量能量来蒸发水分，从而影响过程的经济性。为了摆脱这些缺点，人们将目光转向固体吸附剂，特别是金属有机骨架化合物(MOFs)。由于组成MOFs的金属离子和有机配体的高度可调性和配位方式的多样性，MOFs具有无限的组成、结构和性质可控性，可为CO₂吸附和分离提供大量候选物。也正因为如此，快速、准确地从多种多样的MOFs中筛选出优质的吸附剂显得格外重要。

当前MOFs吸附剂的筛选评估主要关注其气体吸附分离性能，例如材料的稳定性、耐受性、可循环性，吸附选择性和吸附能力等。然而对于另一个重要评估标准--吸附再生能耗，人们的研究和了解程度却远远不够。吸附剂再生有多种方式，包括变温吸附再生，变压吸附再生，真空变压吸附再生，磁诱导吸附再生，光诱导吸附再生以及混合法等，其中变温吸附再生由于最容易整合到现成工厂上使用，是最具经济价值和前景的技术之一。关于如何测定变温吸附再生能耗，虽然有学者提出高通量分析模型[J.P.Sculley,W.M.Verdegaal,W.Lu,M.Wriedt,H.C.Zhou,High-throughput analytical model toevaluate materials for temperature swing adsorption processes,AdvancedMaterials,25(2013)3957-3961.]和分子及蒙特卡洛模拟[L.C.Lin,A.H.Berger,et al.,In silico screening of carbon-capture materials,Nature Materials,11(2012)633-641.]等方法，但是它们要么测量精度差；要么属于理论拟合，无法代表实际情况；故不能满足快速、高效、准确、通用评估的需求。因此，迫切需要开发一种新型测定气体吸附剂变温再生能耗的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定气体吸附剂变温再生能耗的方法，其具备测量快速，结果准确，且适用于绝大部分固体吸附剂等优点，可作为吸附剂变温再生能耗的标准测定方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：