为了明晰煤层气中CH4和N2在吸附剂上的平衡吸附、热力学和动力学扩散机制, 以实验室制备椰壳活性炭为吸附剂, 基于体积法测量了298~338K, 0~0.1MPa下CH4/N2在制备活性炭上的吸附等温线, 采用经典Langmuir和Sips模型拟合平衡吸附数据获得模型参数、热力学参数以及平均相对偏差。基于重量法分别测量了298K, 0~1.0MPa下单组份和不同配比的CH4-N2二元组分的吸附等温线, 评价了其分离性能和竞争吸附机制。采用电子天平测量了动态吸附速率曲线, 利用W-M内扩散模型、Lagergren准一阶动力学模型和Makay二阶动力学模型对动态吸附数据拟合, 从动力学的角度研究温度和压力对甲烷和氮气吸附的影响机制, 探讨甲烷和氮气在活性炭吸附过程中的扩散控制步骤。研究结果表明: Langmuir和Sips模型对甲烷和氮气在活性炭上的平衡吸附结果均匹配性良好。相较而言, Sips模型考虑了活性炭表面非均一性, 拟合效果更佳; 通过计算吸附热发现CH4/N2在活性炭上的吸附为物理吸附过程且甲烷吸附热大于氮气。
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