微孔沸石的超临界吸附储氢实验与理论研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 杜晓明 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-04-16 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 吴尔冬 |
| 关键词 | 沸石 氢气 LDFT模型 超临界吸附 小角X射线散射 扩散 |
| 其他题名 | Experimental and Theoretical Investigations of Supercritical Adsorption of Hydrogen on Microporous Zeolites |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 本论文对氢在微孔沸石中超临界条件下的吸附存储性能进行了实验测定与理论研究。实验采用商品级的A、X、ZSM-5沸石为吸附剂，在实验室自行安装的高压吸附装置上测定了氢气在这些吸附剂上当温度为77K、195K和293K，压力范围为0-7MPa的吸附等温线；并用氮气77K吸附、小角X射线散射（SAXS）、X射线粉末衍射（XRD）以及热重分析（TGA）等方法对上述吸附剂进行了全面表征。实验提供了在超临界条件下氢的吸附热力学、吸附量等系统的基础数据；并使用经典吸附理论、吸附势理论和格子密度函数理论对氢气在此类材料上的超临界吸附机理进行了深入、细致的分析。论文的主要结论如下： 1、对比氮气77K吸附和SAXS表征结果可知，对于NaX、ZSM-5和CaA沸石，SAXS所测的孔径较前者偏小，而比表面积相当，且SAXS可以表征孔径较小的NaA和KA沸石。由SAXS测定的颗粒尺寸与X射线粉末衍射测定的晶粒尺寸相当。 2、氢在微孔沸石上的超临界吸附等温线具有I型等温线特征。NaX沸石的氢吸附量最高，在77 K/4 MPa条件下为2.55 wt.%。对于孔径较大的NaX沸石和只含H+的ZSM-5沸石，阳离子对吸附量影响可以忽略，而对于孔径较小的A型沸石，阳离子对吸附量的影响作用显著。从等温线计算的等量吸附热随吸附量增加而下降。吸附量与沸石的比表面积和微孔容积呈线性关系。 3、描述I型等温线的Toth方程、Freundlich-Langmuir方程可用于描述超临界氢吸附实验结果，但饱和吸附量随吸附温度而变化，这与其物理意义不符。基于Polanyi吸附势理论，从实验数据确定的一般特征曲线表达式为 。在本实验条件该表达式可较好地描述氢在沸石上的超临界吸附等温线。 4、运用本文建立的基于Ono-Kondo方程的格子密度函数理论（LDFT）模型，拟合了实验条件下氢在沸石上的超临界吸附等温线。结果表明，四种晶格类型的LDFT模型可较为准确地描述低温、高压条件下氢在沸石上的超临界吸附行为。但考虑到沸石的结构特点，立方晶格类型的LDFT模型是最适合描述氢在沸石上吸附等温线的模型。 5、孔扩散模型可较好地描述氢在沸石微孔中的扩散过程。通过研究扩散动力学参数可知：氢气在沸石微孔中的扩散是一种热激活行为，且扩散系数随压力的增加而减小，随孔径的增加而增大。从气体扩散的微观参数平均自由程与孔径和压力的关系解释了这种影响的机理。氢在沸石微孔中的扩散机制为过渡型扩散，但由于受吸附位和被吸附分子的影响，实验测定的扩散系数低于非吸附性孔隙中的过渡型扩散系数。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 196 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16923]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杜晓明. 微孔沸石的超临界吸附储氢实验与理论研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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