应用探究 ▏水蒸汽对分子筛吸附分离性能的影响

在许多吸附分离的应用过程中，需要从给定的气体混合物中除去不同极性的蒸气，水蒸气的存在会干扰某些吸附质的吸附分离。

例如在温室气体二氧化碳的捕集和储存（CCS）技术中，方法的选择需要综合考虑碳捕集过程的再生能耗、毒性、回收后二氧化碳的纯度和成本等因素，恰当的碳捕集方法对捕集效果的发挥尤为关键。电厂中经过脱硫脱硝处理后的烟气成分主要包括氮气、二氧化碳和水蒸气。溶液吸收法中的化学吸收法、膜分离法和固体吸附法均可实现电厂烟气条件下的二氧化碳捕集，但相较于化学吸收法和膜分离法，固体吸附法具有节能环保、设备轻便灵活的优势。综合评价吸附材料的二氧化碳吸附性能的指标有吸附容量、吸附速率、CO2 分离选择性（CO2 选择性吸附能力）、耐水性、再生性以及能耗。在水蒸气存在条件下，沸石分子筛耐水性较差；再生过程中能耗较高。研究人员对其进行功能化处理，主要方法有阳离子交换和负载有机胺等。

由上图可知，在干燥的烟气环境下，EDA-Y、PEI/SiO2、NaX、EFS-10、SGCU-29吸附量分别为1.9、2.5、2.1、1.4、1.3mmol/g。在湿烟气中，NaX、EFS-10、SGCU-29的CO2的吸附量都比较低分别是0.23mmol/g、0.17mmol/g、0.18mmol/g，对比干燥烟气Y型分子筛经过胺基化改性后为EDA-Y和PEI/SiO2可以有效地吸附湿烟气中的二氧化碳，吸附量分别是1.6和3.3mmol/g，这是因为经过改性的沸石中的游离胺基团可以有效地吸附湿烟气中的二氧化碳，而强共吸附的水则抑制了CO2的解吸条件下尿素的形成（即胺与二氧化碳之间的脱水反应）。

选用分子筛样品，模拟该样品用于电厂中的烟气处理的过程。（烟气组分：二氧化碳，氮气，水蒸气）验证水蒸气对温室气体二氧化碳吸附捕集性能的影响。

精微高博JW-MIX 100穿透曲线与传质分析仪，及含Pfeiffer分子泵（德国）的Master 400质谱仪。

BTC穿透曲线测试

将约0.35克的分子筛样品装填于1ml吸附柱内，150℃下使用氦气流动吹扫1小时，以去除水蒸气分和其他杂质成分。

单组份穿透实验测试条件：测试流量为100.0 mL/min: 10.00 % CO2, 90.00 % N2（载气），即CO2/N2 (10/90, v/v) ；吸附压力1bar；吸附温度313K。预处理后，将吸附柱冷却至测量温度313K。达到恒定温度后，采用预定的气体组分进行穿透和竞争吸附实验。

(a)分子筛在CO2/N2 (10/90, v/v) 干燥气氛下的穿透曲线； 

  (b)分子筛在CO2/N2 (10/90, v/v) （RH=80%）气氛下的穿透曲线。

在干燥气氛下，CO2的穿透为典型的S型穿透曲线，吸附量为1.71mmol/g。在湿度RH=80%，CO2和水蒸气之间有竞吸附出现，分子筛吸附弱组分CO2后，由于强组分水蒸气的竞争吸附存在出现了解吸，此时CO2总吸附量为0.528mmol/g。这是因为由于水分子与吸附剂之间的强相互作用，使对CO2吸附能力和分离性能受到影响，导致其与二氧化碳和水蒸气的不利竞争吸附出现。

在实验吸附分离的应用过程中，如果由水蒸气存在，要重视水蒸气的存在会干扰吸附质的吸附分离。可以选用带有蒸汽发生器的穿透曲线仪器模拟测试实际工况，得到真实吸附和分离性能。

测试仪器推荐

JW-MIX 100穿透曲线与传质分析仪

JW-MIX 100穿透曲线与传质分析仪，集众多功能于一体：动态气流吸附与解吸、穿透曲线的确定与评估、吸附动力学研究、共吸附和置换作用的研究、吸附选择性的测定、混合气体吸附平衡的测定、流动吸附过程的热平衡研究都可以实现。还可选择配置色谱法和零长柱发测定扩散系数。

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精微高博（JWGB）成立于2004年，推出中国第一台静态容量法氮吸附仪JW-RB,被誉为“中国氮吸附仪的开拓者”。19年来已发展为集研发、制造、销售、服务于一体的国家级高新技术企业，专业从事于静态比表面积及孔径分析仪、动态比表面积测定仪、蒸汽吸附仪、化学吸附仪、竞争吸附仪、微反装置、真密度仪等材料表征设备的研究。是中国材料表征仪器的领先制造商，产品销售全球十几个国家和地区，致力于向全球客户提供高质量、高易用性、高性价比的产品和服务解决方案。

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