Введение
Глава 1. Адсорбционное разделение воздуха и пути совершенствования процесса 10
1.1. Способы разделения воздуха 10
1.2. Основы и принцип действия установок адсорбционного разделения воздуха 12
1.3. Цеолиты для разделения воздуха 14
1.4. Механизм адсорбции макрокомпонентов воздуха на цеолитах 17
1.5. Особенности адсорбции азота на цеолитах 19
1.6. Применение высокочистого кислорода 24
1.7. Адсорбенты для селективной сорбции аргона 25
1.8. Адсорбция N2, O2, Ar на модифицированных
монтмориллонитовых глинах 36
1.8.1 Структура монтмориллонита 36
1.8.2. Модифицирование монтмориллонита 40
1.9. Выводы из литературного обзора 47
Глава 2. Характеристики адсорбентов и методики экспериментальных исследований 48
2.1. Характеристики адсорбентов 48
2.1.1. Цеолиты типа Х 48
2.1.2. Цеолиты типа Y 49
2.1.3. Цеолиты типов BEA, ZSM-5, ZSM-12, ЦВМ 50
2.1.4. Мезопористый силикатный материал МСМ-41 51
2.1.5. Монтмориллонитовая глина 53
2.1.6. Углеродные адсорбенты 53
2.1.7. Аэрогели на основе альгинатов и диоксида кремния
2.2. Газы 55
2.3. Методики проведения экспериментов
2.3.1. Методика активации цеолитов 56
2.3.2. Подготовка порошкообразных образцов к формованию
2.3.3. Таблетирование порошкообразных адсорбентов 58
2.3.4. Предварительная подготовка формованных адсорбентов перед снятием кинетических кривых адсорбции газов 59
2.3.5. Методика интеркалирования монтмориллонитовой глины 59
2.3.6. Методика модифицирования цеолитов наночастицами металлов 60
2.4. Методы исследования свойств материалов 63
2.4.1. Определение равновесных емкостей адсорбентов по компонентам воздуха 63
2.4.2. Определение остаточного влагосодержания в цеолитах после активации 65
2.4.3. Определение структурно-энергетических характеристик адсорбентов 65
2.4.4. Термогравиметрический анализ (ТГА) 66
2.4.5. Рентгенофлуоресцентный анализ (РФлА, EDX) 67
2.4.6. Масс-спектрометрия 67
2.4.7. Инфракрасная спектроскопия (ИК) 67
2.4.8. Рентгенофазовый анализ (РФА, XRD) 68
2.4.9. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) 68
Глава 3. Активация цеолитов типа X для адсорбционного разделения воздуха 69
3.1. Оптимизация условий активации цеолитов с использованием функции желательности Харрингтона 70
3.2. Метод крутого восхождения по поверхности отклика для цеолита LiMgX 73
3.3. Влияния CO2 в продувочном газе на емкость цеолита NaX по азоту и кислороду при активации 75
3.4. Исследование поверхности цеолита с использованием метода Фурье-ИК-спектроскопии 83
Глава 4. Выбор пористого наноматериала, селективного к адсорбции аргона из его смеси с кислородом 87
4.1. Предварительный поиск адсорбента, селективного к аргону 88
4.2. Модифицирование монтмориллонита 96
4.2.1. Оптимизация условий модифицирования монтмориллонита 98
4.2.2. Влияние температуры прокаливания образцов Al-PILC на коэффициент разделения смеси аргон/кислород 106
4.3. Цеолиты, модифицированные наночастицами металлов 113
4.3.1. Цеолиты, модифицированые обратномицеллярным раствором наночастиц 118
4.3.2. Цеолиты, модифицированные ионным обменом с катионами металлов и последующим восстановлением ультразвуком 124
4.4. Углеродные сорбенты 135
4.4.1. Промышленные марки АУ и УМС 135
4.4.2. Композитные сорбенты - аэрогели, модифицированные углеродными нанотрубками 137
Глава 5. Первичный выбор адсорбента для второй ступени установки PSA разделения воздуха с получением чистого кислорода 145
Глава 6. Основные результаты работы и выводы 152
Список литературы 154
