超微孔碳吸附剂高效纯化天然气

浙江大学化学工程与生物工程学院鲍宗必教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，报道了一系列由无化学试剂热解法制备的孔径均一的超微孔碳吸附剂材料，用于从天然气中提取回收C₃H₈及C₂H₆等低碳烃。

近日，浙江大学化学工程与生物工程学院鲍宗必教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文（Extraction of propane and ethane from natural gas on ultramicroporous carbon adsorbent with record selectivity），报道了一系列由无化学试剂热解法制备的孔径均一的超微孔碳吸附剂材料。得益于材料发达的孔隙率以及合适的超微孔孔径，在298 K，1.0 bar时，优选的C-PVDC-800对C₃H₈/CH₄（50/50, v/v）以及C₃H₈/CH₄（50/50, v/v）表现出迄今为止最高的IAST（理想溶液吸附理论）选择性，分别高达3387和75。同时，在接近实际天然气中C₃H₈和C₂H₆分压（0.05 bar vs. 0.10 bar）的极低压力下，材料对C₃H₈和C₂H₆具有超高的吸附量，分别为3.90 mmol/g和2.67 mmol/g。

图1  C-PVDC-800对C₃H₈, C₂H₆以及CH₄的吸附等温线：(a) 0-100 kPa，(b) 0-10 kPa；(c)C-PVDC-800对C₃H₈/CH₄(50/50, v/v)以及C₂H₆/CH₄(50/50, v/v)分离体系的IAST选择性；(d) 各材料对C₃H₈的吸附量以及对C₃H₈/CH₄(50/50, v/v)的IAST选择性对比；(e) 各材料对C₂H₆的吸附量以及对C₂H₆/CH₄ (50/50, v/v)的IAST选择性对比；(f) 各材料C₃H₈/CH₄的Henry系数选择性对比。温度为298 K。

此外，动力学吸附测试表明材料对于各烃类组分均具有超快的动力学扩散速率，有利于应用于工业变压吸附过程。模拟实际天然气组分的混合气（C₃H₈/C₂H₆/CH₄, 5/10/85）固定床穿透实验验证了C-PVDC-800对于天然气纯化的优异性能。简单的制备方法，优异的分离性能以及高稳定性使得超微孔碳吸附剂C-PVDC-800成为极具前景的天然气纯化吸附剂。

此研究工作的第一作者为浙江大学化学工程与生物工程学院博士生陈富强和硕士生郭凯晴，通讯作者为浙江大学化学工程与生物工程学院鲍宗必教授。

原文信息：

Chen, F., Guo, K., Huang, X. et al. Extraction of propane and ethane from natural gas on ultramicroporous carbon adsorbent with record selectivity. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2096-8

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