[发明专利]一种高效储存甲烷气体的方法

说明书

本发明公开了一种高效储存甲烷气体的方法，属于能源气体存储技术领域，尤其涉及一种电场诱导下提高氧化石墨烯存储甲烷的方法，在常温下，压力为1.0MPa时，使用氧化石墨烯作为存储甲烷气体的吸附材料，并在吸附存储过程中使用合适强度的外部电场进行诱导，实现甲烷存储量的显著提升；同时，在温度为425K下，压力为1.0MPa时，配合合适强度的外部电场诱导，能够实现甲烷气体的高效释放。

技术领域

本发明涉及一种高效储存甲烷气体的方法，属于能源气体吸附技术领域。

背景技术

天然气是烃类气体的混合物，其主要成分是甲烷(约70％-90％)。与石油相比，相同的热值条件下天然气燃烧时产生的二氧化碳量更少，也更为清洁，是一种环境友好型能源。天然气被认为是最有希望替代常规石油燃料的能源之一。

天然气的大规模应用已经成为趋势。大规模使用天然气的一个主要挑战是：以安全和经济的方式储存甲烷。目前，天然气的存储方式主要有：压缩天然气存储(CNG)、液化天然气存储(LNG)、吸附天然气存储(ANG)等。其中新兴的技术是ANG，它是由多孔材料作为吸附剂，气体进入储罐后，利用吸附剂丰富的孔道和孔体积将气体可逆地吸附在材料的表面上。

氧化石墨烯有类似于石墨烯的六角形碳环结构，边缘和表面上有许多含氧官能团(如羧基(O-C＝O)、羟基(O-H)和环氧树脂(O-C-O))，使其性质更加活跃，是甲烷储存的最佳候选材料。在安全和经济的前提下，提高氧化石墨烯储存甲烷的能力成为了研究热点。

目前为提高氧化石墨烯的储存甲烷的能力，现有储存技术主要是采用超高压强或者超低温度来增大甲烷的储存量，但是现有储存技术的成本较高，提升吸附效果不明显，释放效果也不佳。也有技术提出碱金属修饰的氧化石墨烯来作为吸附材料，但其制作困难、成本较高。

发明内容

针对上述缺点，本发明提供了一种高效储存甲烷气体的方法，利用氧化石墨烯作为存储甲烷气体的吸附材料，在吸附存储和解吸附释放的过程中使用合适强度的外部直流电场进行诱导，技术容易实现，外部电场对甲烷的吸附储存和解吸附释放过程都起到促进作用。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高效储存甲烷气体的方法，在高压直流电场的作用下控制氧化石墨烯吸附和解吸附甲烷的过程，提高了氧化石墨烯对甲烷的存储性能和释放性能，其中，高压直流电的输出电压不低于1kV，不高于5kV。

本发明技术方案的进一步改进在于：包括下述步骤：

(1)利用改进的Hummers法制备三层氧化石墨烯薄膜；

(2)将氧化石墨烯膜直接铺设在吸附罐中的样品筒中，称量样品筒的总质量，获得第一称量值；并在吸附罐内氧化石墨烯两侧安装电容极板；

(3)将吸附罐内温度设置298K，向内充入甲烷气体，使吸附腔内甲烷的压力值达到1MPa，同时，打开可调电压电源开关，给电容两极板施加电压，使吸附体系处于高压直流电场中；

(4)在达到设定吸附时间后，再次称量样品筒的总质量，获得第二称量值，并通过样品筒的重量变化获得甲烷吸附量；

(5)当需要对吸附罐中的甲烷进行释放时，将吸附腔内温度升高至425K，压力仍设置为1MPa，进行甲烷的释放，同时，打开可调电压电源开关，给电容两极板施加电压，使吸附体系再次处于高压直流电场中；

(6)在达到设定解吸附时间后，再次称量样品筒的总质量，获得第三称量值，并根据样品筒的重量变化获得甲烷释放量。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤(1)中改进的Hummers法的具体步骤如下：

A1、将2g石墨粉置于500mL的烧杯中，加120mL浓硫酸搅拌5min，在冰水浴下加入16g高锰酸钾并持续搅拌15min，得到墨绿色溶液