Umkehrosmosetrennung organischer flüssiger Moleküle mit Hilfe einer Kohlenstoff-Molekularsiebmembran
Trennung und Reinigung sind in der Produktion und im Leben sehr wichtig. Etwa 40-60% der Energie im Produktionsprozess wird für die Trennung und Reinigung verwendet; Auch die Trennung von Substanzen mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften ist sehr schwierig, wie z.B. die Trennung zwischen Isomeren. Membranbasierte Trennverfahren können, wenn die Trenneffizienz verbessert werden kann, den Energieverbrauch erheblich senken. So werden beispielsweise Nanofiltrationsmembranen aus organischen Lösungen für die Reinigung hochwertiger Produkte verwendet, können aber Moleküle ähnlicher Molekülgröße aufgrund unzureichender molekularer Spezifität nicht effektiv trennen. Um eine bessere Trenn- und Reinigungsmethode zu erhalten, den Energieverbrauch effektiv zu senken und den Trennwirkungsgrad zu verbessern, müssen die Forscher die Forschung noch fortsetzen. Einführung der Ergebnisse Am 19. August berichtete Ryan P. Lively, School of Chemical and Biomolecular Engineering, Georgia Institute of Technology, USA, in Nature über eine asymmetrische Kohlenstoff-Molekularsieb-Hohlfasermembran (CMS) als potenzielle Umkehrosmosetechnologie für organische Lösungsmittel (OSRO). Material. Die Umkehrosmose-Technologie mit organischen Lösungsmitteln unter Verwendung eines Kohlenstoff-Molekularsiebs muss nicht nur die Phase der organischen Substanz nicht ändern, reduziert den Energieverlust im Trennprozess, sondern trennt auch effektiv die organische Substanz mit ähnlichen Molekülgrößen. Die Autoren nutzten die Veränderungen in der Permeabilität von para-Xylol und ortho-Xylol in CMS-Filmen, um die Permeationsleistung von CMS widerzuspiegeln. Unter Verwendung einer Kohlenstoff-Molekularsiebmembran kann die Umkehrosmosetrennung organischer flüssiger Moleküle erreicht werden, und die Trennung kann effizient abgeschlossen werden, ohne die Phasenmorphologie zu verändern und den Energieverbrauch zu senken. Aussicht Der Einsatz der Dialyse-Trenntechnologie unter der niedrigen Temperatur und dem hohen Druck der Trennmembran kann den Energieverbrauch erheblich senken, aber die Trenneffizienz und die Trennselektivität sind immer noch große Herausforderungen, und die kontinuierlichen Anstrengungen der Mehrheit der Forscher sind noch erforderlich.
Häufige Fehler und Behandlungsmethoden des PSA-Stickstoffgenerators
1. Während des Betriebs kann der große Druck, der auf dem Messkopf angezeigt wird, den eingestellten Wert nicht erreichen. Es wird durch die Leckagevorrichtung verursacht. Führen Sie eine umfassende Lecksuche im Gaskreislauf durch, insbesondere im Trockenraum und in der Batterie. 2. Überprüfen Sie, ob die Batterie ausläuft oder defekt ist 3. Während des Betriebs des Instruments treten Geräusche auf Es ist das Geräusch des Magnetventils: Verwenden Sie einen 14-Schlüssel, um die Dichtheit der Mutter am Magnetventil richtig einzustellen, nicht zu fest; Wenn nicht, müssen Sie das Magnetventil zerlegen, um das Innere zu reinigen (das Geräusch ist hauptsächlich auf Verunreinigungen in den inneren Organen des Magnetventils zurückzuführen) und es nach der Reinigung zurückgeben. Nein, es muss durch ein neues ersetzt werden. Viertens gibt es beim Starten einen Gasausstoß Wenn der Druck kurz nach dem Start ansteigt, müssen Sie den roten Verzögerungsschalter an der Vorderseite drücken, dann wird der Ausgangsdruck vom Ausgang abgelassen und 10 Minuten gewartet, bevor er verwendet werden kann. Dies ist die häufigste Fehlerbehebung für PSA-Stickstoffgeneratoren.
Aktiviertes Aluminiumoxid als Katalysator und Träger für chemische Reaktionen
Aktiviertes Aluminiumoxid hat eine große spezifische Oberfläche, eine Vielzahl von Porenstrukturen und Porengrößenverteilungen sowie reichhaltige Oberflächeneigenschaften. Daher hat es ein breites Anwendungsspektrum in Adsorbentien, Katalysatoren und Katalysatorträgern. Aluminiumoxid für Adsorptionsmittel und Katalysatorträger ist eine Feinchemikalie und auch eine Spezialchemikalie. Unterschiedliche Verwendungszwecke stellen unterschiedliche Anforderungen an die physikalische Struktur, was der Grund für ihre hohe Spezifität und viele Sorten und Qualitäten ist. Laut Statistik ist die Menge an Aluminiumoxid, die als Katalysatoren und Träger verwendet wird, größer als die Gesamtmenge an Katalysatoren, die Molekularsieb, Kieselgel, Aktivkohle, Kieselgur und Tonerdegel verwenden. Dies zeigt die zentrale Stellung von Aluminiumoxid in Katalysatoren und Trägern. Unter ihnen sind η-Al2O3 und γ-Al2O3 die wichtigsten Katalysatoren und Träger. Beides sind Spinellstrukturen, die Defekte enthalten. Der Unterschied zwischen den beiden ist: Die tetraedrische Kristallstruktur ist unterschiedlich (γ>η) und der hexagonale Schichtstapel Die Regelmäßigkeit der Reihe ist unterschiedlich (γ>η) und der Al-O-Bindungsabstand ist unterschiedlich (η>γ, die Differenz beträgt 0,05 ~ 0,1 nm).
Kohlenstoff-Molekularsiebe sind eine neue Art von unpolarem Adsorptionsmittel
Die Fähigkeit eines Molekularsiebs, Luft abzuscheiden, hängt von der Diffusionsgeschwindigkeit verschiedener Gase in der Luft in den Poren von Kohlenstoff-Molekularsieben oder von der Adsorptionskraft oder von beidem ab. Die Stickstoffproduktion von PSA-Luftzerlegungsstickstoffen basiert auf dieser Leistung. Kohlenstoff-Molekularsiebe werden zur Herstellung von Stickstoff verwendet. Die N2-Konzentration und das Gasproduktionsvolumen können je nach Bedarf des Benutzers angepasst werden. Wenn die Gasförderzeit und der Betriebsdruck bestimmt werden, wird das Gasproduktionsvolumen verringert und die N2-Konzentration steigt, andernfalls nimmt die N2-Konzentration ab. Die Benutzer können sich an den tatsächlichen Bedarf anpassen.
Einfluss des Molekularsiebs im PSA-Stickstoffgenerator
Die Herstellung von PSA-Stickstoffgeneratoren mit Kohlenstoffmolekularsieb beruht auf der Van-der-Waals-Kraft, um Sauerstoff und Stickstoff zu trennen. Je größer die spezifische Oberfläche des Molekularsiebs ist, desto gleichmäßiger ist die Porengrößenverteilung und je größer die Anzahl der Mikroporen oder Submikroporen, desto größer ist die Adsorptionskapazität. Wenn die Porengröße so klein wie möglich sein kann, überlappt sich das Van-der-Waals-Kraftfeld und es hat eine bessere Trennwirkung bei niedrig konzentrierten Substanzen. Das Kohlenstoff-Molekularsieb ist eine nicht-quantitative Verbindung, und ihre wichtigen Eigenschaften beruhen auf ihrer mikroporösen Struktur. Seine Fähigkeit, Luft zu trennen, hängt von den unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten verschiedener Gase in der Luft in den Poren des Kohlenstoffmolekularsiebs oder von unterschiedlichen Adsorptionskräften ab, oder beide Effekte wirken gleichzeitig. Unter Gleichgewichtsbedingungen ist die Adsorptionskapazität des Kohlenstoffmolekularsiebs für Sauerstoff und Stickstoff recht gering, aber die Diffusionsrate von Sauerstoffmolekülen durch die engen Lücken des mikroporösen Systems des Kohlenstoffmolekularsiebs ist viel schneller als die von Stickstoffmolekülen. Die Stickstoffproduktion bei der Luftzerlegung von Kohlenstoffmolekularsieben basiert auf dieser Leistung, bevor die Zeit zum Erreichen von Gleichgewichtsbedingungen abgelaufen ist, wird der Stickstoff durch den PSA-Prozess von der Luft getrennt.
Was ist ein Kohlenstoff-Molekularsieb?
Das Kohlenstoff-Molekularsieb ist eine neue Art von Adsorptionsmittel, die in den 1970er Jahren entwickelt wurde. Es ist eine Art hervorragendes unpolares Zellulosematerial auf Kohlenstoffbasis. Kohlenstoff-Molekularsiebe (CMS) werden zur Trennung und Anreicherung von Luft eingesetzt. Stickstoff verwendet einen Stickstoffproduktionsprozess mit normaler Temperatur und niedrigem Druck, der die Vorteile geringerer Investitionskosten, einer schnelleren Stickstoffproduktionsgeschwindigkeit und niedrigerer Stickstoffkosten als der herkömmliche kryogene Hochdruck-Stickstoffproduktionsprozess bietet. Daher ist es derzeit das bevorzugte stickstoffreiche Adsorptionsmittel (PSA) für die Luftzerlegung in der Maschinenbauindustrie. Dieser Stickstoff wird in der chemischen Industrie, Öl- und Gasindustrie, Elektronikindustrie, Lebensmittelindustrie, Kohleindustrie, Pharmaindustrie, Kabelindustrie und Metall verwendet. Es wird häufig in der Wärmebehandlung, beim Transport und bei der Lagerung verwendet. F & E Hintergrund In den 1950er Jahren, mit der Flut der industriellen Revolution, wurde die Anwendung von Kohlenstoffmaterialien immer umfangreicher. Unter ihnen war das Anwendungsgebiet von Aktivkohle das PSA-Kohlenstoff-Molekularsieb für die Stickstoffproduktion. Die Expansion ist am schnellsten, von der ersten Filtration von Verunreinigungen bis zur Trennung verschiedener Komponenten. Gleichzeitig ist mit dem Fortschritt der Technologie die Fähigkeit der Menschheit, Materialien zu verarbeiten, immer stärker geworden. In diesem Fall sind Kohlenstoff-Molekularsiebe entstanden. Hauptbestandteile des Kohlenstoff-Molekularsiebs Der Hauptbestandteil des Kohlenstoffmolekularsiebs ist elementarer Kohlenstoff, und das Aussehen ist ein schwarzer säulenförmiger Feststoff. Da es eine große Anzahl von Mikroporen mit einem Durchmesser von 4 Ångström enthält, haben die Mikroporen eine starke momentane Affinität zu Sauerstoffmolekülen und können zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff in der Luft verwendet werden. Die Druckwechseladsorptionsvorrichtung (PSA) wird in der Industrie zur Herstellung von Stickstoff eingesetzt. Das Kohlenstoffmolekularsieb verfügt über eine große Stickstoffproduktionskapazität, eine hohe Stickstoffrückgewinnungsrate und eine lange Lebensdauer. Es ist für verschiedene Arten von PSA-Stickstoffgeneratoren geeignet und ist die erste Wahl für PSA-Stickstoffgeneratoren. Die Stickstoffproduktion von Kohlenstoffmolekularsieben zur Luftzerlegung ist in der Petrochemie, in der Wärmebehandlung von Metallen, in der Elektronikfertigung, in der Lebensmittelkonservierung und in anderen Industrien weit verbreitet. Funktionsprinzip Das Kohlenstoffmolekularsieb nutzt die Eigenschaften des Siebens, um den Zweck der Trennung von Sauerstoff und Stickstoff zu erreichen. Wenn das Molekularsieb Verunreinigungsgas adsorbiert, spielen die Makroporen und Mesoporen nur die Rolle von Kanälen, die die adsorbierten Moleküle zu den Mikroporen und Submikroporen transportieren, und die Mikroporen und Submikroporen sind das eigentliche Adsorptionsvolumen. Wie in der vorherigen Abbildung gezeigt, enthält das Kohlenstoff-Molekularsieb eine große Anzahl von Mikroporen. Diese Mikroporen ermöglichen es Molekülen mit einer kleinen dynamischen Größe, schnell in die Poren zu diffundieren, während sie den Eintritt von Molekülen mit großem Durchmesser einschränken. Aufgrund des Unterschieds in der relativen Diffusionsrate von Gasmolekülen unterschiedlicher Größe können die Bestandteile des Gasgemisches effektiv getrennt werden. Daher sollte bei der Herstellung von Kohlenstoffmolekularsieben entsprechend der Größe der Moleküle die Verteilung der Mikroporen innerhalb des Kohlenstoffmolekularsiebs 0,28 bis 0,38 nm betragen. Innerhalb des Größenbereichs der Mikroporen kann Sauerstoff schnell durch die Poren der Mikroporen in die Poren diffundieren, aber es ist schwierig für Stickstoff, durch die Poren der Mikroporen zu gelangen, wodurch eine Sauerstoff- und Stickstofftrennung erreicht wird. Die Porengröße des Kohlenstoffmolekularsiebs ist die Grundlage für die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff. Wenn die Poren zu groß ist, können Sauerstoff- und Stickstoffmolekularsiebe leicht in die Poren eindringen und sich nicht trennen. Und wenn die Porengröße zu klein ist, können weder Sauerstoff noch Stickstoff eindringen. In den Mikroporen gibt es keine Trennwirkung.
