活性炭吸附和分离氙

稀有气体氙在人类社会工业企业发展的重要影响作用，并在中国照明设计方面或其他技术应用中得到人们越来越受到广泛的应用。空气净化活性炭采用优质活性炭经特殊处理，用于专门净化被污染的空气，所以叫空气净化活性炭。煤质柱状活性炭采用先进工艺精制加工而成，外观呈黑色圆柱状颗粒；具有合理的孔隙结构，良好的吸附性能，机械强度高，易反复再生，造价低等特点；用于有毒气体的净化，废气处理，工业和生活用水的净化处理，溶剂回收等方面。宁夏活性炭主要成分为碳，并含有少量氧、氢、硫、氮、氯等元素，在结构上是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，堆积密度低，比表面积大具有很强的吸附性能，是用途极广的一种工业吸附剂。为了能够获得需要进一步可以利用的纯氙(Xe)，通常通过使用进行能量密集的低温分馏来从空气中浓缩惰性气体Xe。另外，研究工作人员还作出了一个巨大努力，采取一些各种吸收剂的研究氙吸附。然而，Xe在空气中的浓度变化非常低(0.086 ppmv)，而像普通活性炭这种方法吸附剂只能自己保持一种非常低的Xe吸收量。因此，寻找问题具有大选择性的高容量吸附剂来获取Xe(包括吸附和分离)是非常重要和国家重要的。

我们以金属有机骨架和共价有机聚合物为前体系分别制备了用于活性炭X和活性炭ZX的氮掺杂活性炭，并进一步研究了氮掺杂活性炭对Xe的吸附和分离。 为了比较，我们还研究了碳化沸石中氙的吸附和分离。 图1a，b)显示了活性炭和碳化沸石的SEM图像及其特定的晶体外观。 正如你所看到的，图案与模拟的峰很好地吻合，这意味着没有杂质和高纯度。 图1c，d)显示了活性炭Z和活性炭ZX的非晶态形貌。

图1. 几种吸附材料的扫描电子显微镜图像。

对于比较实施例1次低压吸附测量的25摄氏度的Xe，在图2中所示的Xe吸附等温线，其中所有随着压力的吸附等温线的不饱和：通过在恒温器中使用循环水和乙二醇。有趣的是，氮掺杂的活性炭的Xe吸收与模拟数据实验非常匹配，这表明该模拟是在一定程度上预测精度有力工具气体吸附和合理的方式的。然而，沸石的氙吸附量过度碳化在仿真模式下，这是比的实验结果高得多的预测。过度炭化的这种现象预测沸石气体收集也发生在，晶体缺陷可能是由于实验的产品实际上是不利于吸收。

图2、在25摄氏度下，掺氮活性炭，炭化制备沸石，活性炭Z和活性炭ZX的Xe吸附的实验和模拟条件下等温线。

除了吸附氙气，氙气分离从混合物中是另一个重要问题。因此，我们使用该气体在选择性吸附溶液理论（IAST），可信工具来预测。考虑到在空气中的Xe浓度的1/99非常小，所以小的比例，我们计划游览的Xe / CO 2和Xe / N 2选择性。由于IAST计算要求，我们还在CO测量以摄氏度和N 2吸附的2 25度的四个样品，以及它们的等温线示于图。在1/99的比例的Xe / CO 2计算和Xe / N 2选择性是体现在图4。

图3、几种不同活性炭进行样品上的气体的实验研究吸附条件下等温线，(a)CO 2，(b)N 2。

图3显示碳化沸石对CO2和N2的吸附相对较低。 值得注意的是，与其它活性炭相比，氮掺杂活性炭在0.5bar时表现出较高的CO2吸附，这主要归因于四极CO2分子与不饱和金属中心正电荷之间的相互作用。