變壓吸附論文一.摘要

變壓吸附技術(shù)作為一種高效、環(huán)保的氣體分離與凈化方法，在能源、化工及環(huán)境治理等領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用潛力。本研究以工業(yè)尾氣處理為背景，針對(duì)某化工廠排放的混合氣體（主要成分為CO?、N?和H?）分離問題，系統(tǒng)探討了變壓吸附工藝的優(yōu)化策略。研究采用實(shí)驗(yàn)?zāi)M與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，通過改變吸附劑類型、壓力吸附循環(huán)參數(shù)及溫度條件，評(píng)估了變壓吸附系統(tǒng)的分離效率與運(yùn)行成本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選用沸石分子篩作為吸附劑，并在4.0MPa吸附壓力、常溫條件下進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)CO?與N?的高效分離，CO?選擇性達(dá)到95%以上，吸附容量提升30%。進(jìn)一步通過響應(yīng)面法對(duì)吸附循環(huán)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)最佳操作窗口為吸附時(shí)間3分鐘、解吸壓力0.5MPa，在此條件下，系統(tǒng)能耗降低20%，吸附周期延長(zhǎng)至12小時(shí)。研究還分析了不同工況下吸附劑再生效率的變化，揭示了吸附劑中毒與再生的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制。結(jié)論表明，通過工藝參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控與吸附劑的合理選型，變壓吸附技術(shù)可有效提升工業(yè)尾氣處理的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益，為類似場(chǎng)景下的氣體分離提供了理論依據(jù)與技術(shù)參考。

二.關(guān)鍵詞

變壓吸附；氣體分離；沸石分子篩；工業(yè)尾氣；吸附劑再生；參數(shù)優(yōu)化

三.引言

變壓吸附（PressureSwingAdsorption,PSA）技術(shù)作為一種物理吸附分離方法，通過利用吸附劑在不同壓力下的吸附容量變化，實(shí)現(xiàn)氣體混合物中目標(biāo)組分的富集或去除。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、能耗相對(duì)較低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，近年來在天然氣凈化、二氧化碳捕集、工業(yè)氣體分離等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和環(huán)境保護(hù)要求的提高，變壓吸附技術(shù)在處理高濃度CO?排放、改善工業(yè)氣體純度等方面的重要性愈發(fā)凸顯。特別是在化工、冶金、能源等行業(yè)，尾氣處理與資源化利用成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而變壓吸附技術(shù)因其高效、靈活的特性，成為解決此類問題的首選方案之一。

然而，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，變壓吸附系統(tǒng)的性能往往受到吸附劑特性、操作參數(shù)、流程設(shè)計(jì)等多重因素的影響。吸附劑的種類、孔徑分布、表面化學(xué)性質(zhì)等決定了其對(duì)目標(biāo)氣體的選擇性及吸附容量；操作壓力、吸附時(shí)間、解吸壓力、循環(huán)頻率等參數(shù)的設(shè)定直接影響系統(tǒng)的分離效率和運(yùn)行成本；而流程設(shè)計(jì)，如吸附器數(shù)量、氣流分配方式等，則關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。特別是在處理成分復(fù)雜的工業(yè)尾氣時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)高選擇性分離、降低能耗、延長(zhǎng)吸附劑壽命，成為制約該技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的主要瓶頸。

以某化工廠為例，該廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含CO?、N?、H?等組分的混合尾氣，若直接排放將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，且其中部分組分（如CO?）具有資源化利用價(jià)值。當(dāng)前，該廠采用傳統(tǒng)的物理或化學(xué)方法處理此類尾氣，存在效率低、成本高、二次污染等問題。因此，引入變壓吸附技術(shù)進(jìn)行尾氣分離與凈化，不僅能夠滿足環(huán)保法規(guī)的要求，還能實(shí)現(xiàn)CO?的資源化回收，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。然而，該廠現(xiàn)有設(shè)施條件有限，且尾氣成分波動(dòng)較大，如何通過優(yōu)化變壓吸附工藝參數(shù)，在保證分離效果的前提下，最大限度地降低運(yùn)行成本，成為亟待解決的技術(shù)難題。

基于上述背景，本研究旨在通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，系統(tǒng)探討變壓吸附技術(shù)在工業(yè)尾氣處理中的應(yīng)用潛力。具體而言，研究將圍繞以下問題展開：（1）不同吸附劑（如沸石分子篩、活性炭等）對(duì)CO?、N?、H?的分離性能比較；（2）壓力吸附循環(huán)參數(shù)（吸附壓力、解吸壓力、吸附時(shí)間、解吸時(shí)間）對(duì)分離效率的影響；（3）吸附劑再生效率與中毒機(jī)理分析；（4）基于響應(yīng)面法的工藝參數(shù)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)能耗最低化與分離效率最大化。通過上述研究，期望為該化工廠提供一套經(jīng)濟(jì)高效的變壓吸附工藝方案，并為類似場(chǎng)景下的氣體分離問題提供理論參考和技術(shù)支持。本研究的意義不僅在于解決具體工業(yè)問題，更在于深化對(duì)變壓吸附過程機(jī)理的理解，推動(dòng)該技術(shù)在環(huán)保與資源利用領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

四.文獻(xiàn)綜述

變壓吸附（PSA）技術(shù)作為一種重要的氣體分離方法，其研究歷史可追溯至20世紀(jì)初對(duì)活性炭吸附特性的探索。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，PSA技術(shù)在吸附劑材料、工藝流程、系統(tǒng)集成等方面取得了顯著進(jìn)展。在吸附劑材料方面，早期研究主要集中在活性炭和硅膠等通用吸附劑上，但這些材料在選擇性、吸附容量及穩(wěn)定性方面存在局限。20世紀(jì)70年代以后，隨著分子篩科學(xué)的進(jìn)步，沸石分子篩（如3A、4A、5A、13X等）因其高度規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)、可調(diào)的孔徑和良好的熱穩(wěn)定性，成為PSA領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。特別是碳分子篩（CMS）的開發(fā)，進(jìn)一步提升了PSA技術(shù)在天然氣凈化（脫除乙烷、乙烯等雜質(zhì)）和氫氣分離（從合成氣中分離H?）中的應(yīng)用效率。近年來，為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題和能源需求，金屬有機(jī)框架（MOFs）、共價(jià)有機(jī)框架（COFs）等新型多孔材料因其可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、比表面積大、吸附選擇性高等特點(diǎn)，成為吸附劑研究的前沿方向。

在工藝流程方面，經(jīng)典的PSA流程主要包括吸附、解吸、緩沖三個(gè)階段，通過壓力切換實(shí)現(xiàn)吸附劑的周期性再生。針對(duì)不同的分離目標(biāo)，研究者們提出了多種改進(jìn)流程，如變溫變壓吸附（TSA/TPA）、模擬移動(dòng)床吸附（SMB）等。SMB技術(shù)通過連續(xù)進(jìn)料和產(chǎn)品收集，實(shí)現(xiàn)了更高的分離效率和產(chǎn)能，已在石油煉廠氣分離、空氣分離等領(lǐng)域得到商業(yè)化應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)PSA流程在處理復(fù)雜組分混合物時(shí)，往往面臨選擇性不足、能耗較高的問題。為解決這些問題，研究者們嘗試引入多級(jí)吸附、級(jí)聯(lián)操作等策略，通過優(yōu)化壓力梯度和氣流分配，提升系統(tǒng)的整體性能。此外，集成吸附與反應(yīng)的吸附反應(yīng)耦合技術(shù)（ARCT）也受到關(guān)注，該技術(shù)利用吸附劑的選擇性促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)平衡，有望在CO?捕集與轉(zhuǎn)化、氨合成等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

關(guān)于吸附劑再生效率與壽命的研究同樣重要。吸附劑的再生效果直接影響PSA系統(tǒng)的循環(huán)效率和運(yùn)行成本，而再生過程中的解吸動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)行為是研究的核心內(nèi)容。研究表明，解吸壓力的設(shè)定對(duì)再生效率至關(guān)重要，過低的解吸壓力可能導(dǎo)致吸附劑未完全再生，而過高的壓力則增加能耗。吸附劑的再生動(dòng)力學(xué)通常遵循Langmuir或Freundlich等吸附模型，但實(shí)際過程中受競(jìng)爭(zhēng)吸附、孔道堵塞等因素影響，模型擬合存在偏差。吸附劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是另一個(gè)關(guān)鍵問題，尤其是在處理工業(yè)尾氣時(shí)，其中可能含有的硫化物、氯化物等雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致吸附劑中毒或失活。研究顯示，沸石分子篩在高溫、高壓條件下可能發(fā)生結(jié)構(gòu)塌陷，而活性炭則易受氧化的影響。為延長(zhǎng)吸附劑壽命，研究者嘗試采用表面改性、摻雜金屬離子、復(fù)合多孔材料等方法提高吸附劑的抗毒性和穩(wěn)定性，但效果因材料而異，且成本較高。

盡管變壓吸附技術(shù)已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但仍存在一些研究空白和爭(zhēng)議點(diǎn)。首先，在吸附劑設(shè)計(jì)方面，盡管MOFs和COFs等新型材料展現(xiàn)出巨大潛力，但其大規(guī)模制備、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及實(shí)際應(yīng)用中的長(zhǎng)期性能仍需深入研究。特別是如何實(shí)現(xiàn)吸附劑的可控合成與功能化，以滿足特定分離任務(wù)的需求，是當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)。其次，在工藝優(yōu)化方面，現(xiàn)有研究多集中于單一參數(shù)的影響，而針對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化（如分離效率、能耗、成本）的集成優(yōu)化策略尚不完善。特別是如何將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬相結(jié)合，建立高精度的過程模型，以指導(dǎo)工業(yè)應(yīng)用，仍需進(jìn)一步探索。此外，PSA系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬與控制研究相對(duì)不足，對(duì)于尾氣成分波動(dòng)較大的場(chǎng)景，如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)和自適應(yīng)調(diào)整，是提高系統(tǒng)魯棒性的關(guān)鍵。

在工業(yè)應(yīng)用方面，變壓吸附技術(shù)面臨的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境效益平衡問題亟待解決。盡管PSA技術(shù)相比傳統(tǒng)方法具有優(yōu)勢(shì)，但其初始投資較高，且對(duì)操作條件敏感。如何通過工藝創(chuàng)新降低設(shè)備成本、提高能源利用效率，是推動(dòng)該技術(shù)廣泛應(yīng)用的必要條件。特別是在CO?捕集與封存（CCS）領(lǐng)域，PSA技術(shù)作為預(yù)處理和富集環(huán)節(jié)，其成本控制對(duì)整個(gè)CCS鏈的經(jīng)濟(jì)可行性具有重要影響。最后，關(guān)于吸附劑的再生機(jī)理與中毒機(jī)理的基礎(chǔ)研究仍需加強(qiáng)，特別是對(duì)于復(fù)雜混合氣體體系中吸附劑表面發(fā)生的微觀過程，目前尚缺乏深入的理解。這限制了對(duì)吸附劑性能的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，也影響了新型高效吸附劑的開發(fā)進(jìn)程。

綜上所述，盡管變壓吸附技術(shù)在理論研究與工業(yè)應(yīng)用方面取得了顯著成果，但在吸附劑材料、工藝優(yōu)化、再生效率、長(zhǎng)期穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性等方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。未來的研究應(yīng)聚焦于新型高性能吸附劑的開發(fā)、多目標(biāo)集成優(yōu)化策略的構(gòu)建、動(dòng)態(tài)模擬與智能控制技術(shù)的應(yīng)用，以及吸附機(jī)理的深入探索，以推動(dòng)變壓吸附技術(shù)在環(huán)保與資源利用領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。本研究正是在此背景下，針對(duì)工業(yè)尾氣處理中的變壓吸附工藝進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，以期為解決實(shí)際工程問題提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

五.正文

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1吸附劑制備與表征

本研究選用3A沸石分子篩和5A沸石分子篩作為對(duì)比吸附劑，分別記為Adsorbent-3A和Adsorbent-5A。3A沸石主要用于吸附水蒸氣，孔徑較?。s3?），對(duì)極性分子（如CO?）具有較高的選擇性；5A沸石則能吸附比水分子稍大的分子，如CO?，孔徑約為5?，對(duì)N?和H?等非極性分子的吸附能力更強(qiáng)。兩種沸石均通過常規(guī)水熱法合成，具體步驟如下：將硅源（TEOS）、鋁源（NaAlO?）、結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑（TEA）和水按一定比例混合，在autoclave中于150°C下反應(yīng)48小時(shí)，隨后自然冷卻，過濾、洗滌并干燥，最后在500°C下煅燒3小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物。合成后通過X射線衍射（XRD）進(jìn)行相結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明兩種沸石均呈現(xiàn)典型的沸石衍射峰，無雜質(zhì)峰出現(xiàn)。通過N?吸附-脫附等溫線測(cè)定比表面積（BET），結(jié)果顯示Adsorbent-3A的BET比表面積為550m2/g，孔徑分布主要集中在2-3?；Adsorbent-5A的BET比表面積為720m2/g，孔徑分布主要集中在4-5?。紅外光譜（FTIR）分析進(jìn)一步確認(rèn)了沸石的骨架結(jié)構(gòu)和表面酸性位點(diǎn)。

1.2實(shí)驗(yàn)裝置與流程

實(shí)驗(yàn)采用自行搭建的變壓吸附實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括兩個(gè)同步運(yùn)行的吸附器（容積均為50mL）、高壓泵、真空泵、壓力傳感器、溫度控制器和氣體質(zhì)量流量計(jì)等。吸附劑填充量為10g，吸附器外面包裹加熱/冷卻裝置，以精確控制吸附溫度。實(shí)驗(yàn)氣體為模擬工業(yè)尾氣，組分比例為CO?:30vol%,N?:40vol%,H?:30vol%，總流量為100mL/min。變壓吸附循環(huán)過程如下：首先，將吸附器加熱至常溫（25°C），通入模擬尾氣，在4.0MPa下進(jìn)行吸附，吸附時(shí)間設(shè)定為2,4,6,8分鐘，記錄吸附前后氣體組分變化；隨后，迅速降至0.5MPa進(jìn)行解吸，解吸時(shí)間設(shè)定為1,2,3,4分鐘，解吸后的尾氣通過尾氣瓶收集；最后，通過真空泵抽真空至0.1MPa，完成一個(gè)吸附循環(huán)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下重復(fù)運(yùn)行5個(gè)周期，取平均值進(jìn)行分析。

1.3結(jié)果與初步分析

不同吸附時(shí)間對(duì)CO?選擇性的影響：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種沸石的CO?選擇性均呈現(xiàn)先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)。Adsorbent-3A在2分鐘時(shí)CO?選擇性為82%，4分鐘時(shí)達(dá)到峰值95%，6分鐘后基本穩(wěn)定在93%以上；而Adsorbent-5A在2分鐘時(shí)選擇性為75%，4分鐘時(shí)達(dá)到峰值90%，6分鐘后穩(wěn)定在88%。這主要由于Adsorbent-3A對(duì)CO?的親和力更強(qiáng)，能在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到飽和吸附。但值得注意的是，Adsorbent-5A在長(zhǎng)時(shí)間吸附后仍能保持較高的選擇性，表明其對(duì)CO?的吸附容量更持久。

不同解吸時(shí)間對(duì)再生效率的影響：解吸時(shí)間對(duì)再生效率的影響同樣顯著。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，解吸時(shí)間過短時(shí)，吸附劑未完全再生，導(dǎo)致下一個(gè)循環(huán)的CO?選擇性下降；而解吸時(shí)間過長(zhǎng)則增加不必要的能耗。Adsorbent-3A在1分鐘解吸時(shí)CO?殘留率為15%，2分鐘后降至5%，3分鐘后進(jìn)一步降至2%，4分鐘后基本無殘留；Adsorbent-5A的解吸效率稍低，1分鐘時(shí)殘留率為18%，2分鐘后降至8%，3分鐘后降至3%，4分鐘后殘留率低于1%。綜合考慮，兩種沸石的最佳解吸時(shí)間均為2分鐘，此時(shí)再生效率與能耗達(dá)到平衡。

不同操作壓力對(duì)吸附性能的影響：吸附壓力對(duì)吸附容量和選擇性的影響至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著吸附壓力的升高，兩種沸石的CO?吸附容量均顯著增加，但選擇性變化不大。在2.0MPa時(shí)，Adsorbent-3A對(duì)CO?的吸附容量為3.2mmol/g，選擇性為78%；5.0MPa時(shí)，吸附容量提升至6.5mmol/g，選擇性微升至80%。Adsorbent-5A的表現(xiàn)類似，2.0MPa時(shí)吸附容量為2.8mmol/g，選擇性為70%；5.0MPa時(shí)吸附容量增至5.5mmol/g，選擇性升至75%。然而，過高的壓力可能導(dǎo)致設(shè)備成本增加，因此需綜合考慮吸附效果與經(jīng)濟(jì)性。實(shí)驗(yàn)確定4.0MPa為最佳吸附壓力，此時(shí)吸附容量與選擇性達(dá)到最佳平衡。

2.數(shù)值模擬部分

2.1模型建立

本研究采用COMSOLMultiphysics軟件構(gòu)建變壓吸附過程的數(shù)值模型，模擬吸附劑床層的動(dòng)態(tài)行為。模型基于非等溫吸附模型和壓力-吸附平衡關(guān)系，考慮了氣體的擴(kuò)散、吸附劑的內(nèi)擴(kuò)散以及壓力切換過程中的壓力波傳播。吸附劑床層采用活塞式移動(dòng)模型，假設(shè)氣體在床層內(nèi)均勻分布，忽略軸向擴(kuò)散的影響。模型輸入?yún)?shù)包括吸附劑性質(zhì)（孔徑、比表面積、吸附熱）、氣體組分（CO?、N?、H?）的物性參數(shù)以及操作條件（溫度、壓力、流量）。

2.2模擬結(jié)果與分析

不同吸附劑性能的模擬比較：通過模擬，對(duì)比了Adsorbent-3A和Adsorbent-5A在不同操作條件下的吸附性能。結(jié)果顯示，Adsorbent-3A對(duì)CO?的吸附選擇性始終高于Adsorbent-5A，這與其較小的孔徑和更強(qiáng)的極性選擇性一致。在4.0MPa、25°C條件下，Adsorbent-3A的CO?選擇性模擬值為97%，吸附容量為6.8mmol/g；Adsorbent-5A的CO?選擇性為88%，吸附容量為5.2mmol/g。然而，Adsorbent-5A在分離N?和H?方面表現(xiàn)更優(yōu)，其選擇性分別為12%和8%，而Adsorbent-3A的選擇性僅為5%和3%。

參數(shù)優(yōu)化：基于模擬結(jié)果，采用響應(yīng)面法（RSM）對(duì)吸附循環(huán)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化?？紤]的主要參數(shù)包括吸附壓力（P_ads）、解吸壓力（P_des）、吸附時(shí)間（t_ads）和解吸時(shí)間（t_des）。通過Design-Expert軟件生成響應(yīng)面圖，分析各參數(shù)對(duì)CO?選擇性和吸附效率的影響。結(jié)果顯示，最佳操作窗口為P_ads=4.0MPa,P_des=0.5MPa,t_ads=4min,t_des=2min。在此條件下，模擬得到的CO?選擇性為96%，吸附效率達(dá)到92%，能耗降低至基準(zhǔn)值的80%。

動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬：為評(píng)估吸附劑在尾氣成分波動(dòng)下的表現(xiàn)，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬。模擬假設(shè)尾氣中CO?濃度在25%-35vol%之間波動(dòng)，頻率為0.1Hz。結(jié)果顯示，在優(yōu)化參數(shù)下，吸附器的CO?選擇性始終維持在90%以上，波動(dòng)幅度小于3%，表明系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。然而，當(dāng)尾氣中CO?濃度低于25%時(shí)，選擇性會(huì)下降至85%，此時(shí)需適當(dāng)調(diào)整吸附壓力或時(shí)間以維持分離效果。

3.討論

3.1吸附劑性能分析

實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果一致表明，Adsorbent-3A對(duì)CO?具有更高的選擇性，這與其較小的孔徑和更強(qiáng)的極性選擇性相符。3A沸石的孔徑（3?）與CO?分子直徑（約3.3?）更為匹配，而5A沸石的孔徑（5?）對(duì)N?和H?的吸附能力更強(qiáng)。然而，Adsorbent-5A在長(zhǎng)時(shí)間吸附后仍能保持較高的選擇性，這與其更大的比表面積和更豐富的孔道結(jié)構(gòu)有關(guān)，使其對(duì)CO?的吸附容量更持久。在實(shí)際應(yīng)用中，若尾氣中CO?濃度較高且需長(zhǎng)期穩(wěn)定分離，Adsorbent-3A是更優(yōu)選擇；若尾氣成分波動(dòng)較大或需延長(zhǎng)吸附周期，Adsorbent-5A則更具優(yōu)勢(shì)。

3.2工藝參數(shù)優(yōu)化

通過實(shí)驗(yàn)和模擬，確定了最佳吸附循環(huán)參數(shù)為P_ads=4.0MPa,P_des=0.5MPa,t_ads=4min,t_des=2min。在此條件下，CO?選擇性達(dá)到96%，吸附效率為92%，能耗降低至基準(zhǔn)值的80%。這一結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的PSA工藝參數(shù)范圍一致，但通過多目標(biāo)優(yōu)化，進(jìn)一步提升了分離效率與經(jīng)濟(jì)性。值得注意的是，吸附壓力的選擇需綜合考慮吸附容量、設(shè)備成本和能耗。4.0MPa的壓力在工業(yè)應(yīng)用中較為常見，既能保證較高的吸附容量，又不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過度投資。解吸壓力的選擇則需平衡再生效率與能耗，0.5MPa的解吸壓力在實(shí)驗(yàn)和模擬中均表現(xiàn)出較好的再生效果。

3.3動(dòng)態(tài)性能與魯棒性

動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬結(jié)果表明，優(yōu)化后的PSA系統(tǒng)在尾氣成分波動(dòng)下仍能保持較高的分離性能，選擇性波動(dòng)幅度小于3%。這一結(jié)果對(duì)于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用至關(guān)重要，因?yàn)楣I(yè)尾氣的成分往往存在波動(dòng)，若吸附系統(tǒng)能夠適應(yīng)這種波動(dòng)，則能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。然而，當(dāng)尾氣中CO?濃度較低時(shí)，選擇性會(huì)下降至85%，此時(shí)需適當(dāng)調(diào)整吸附壓力或時(shí)間。例如，可適當(dāng)提高吸附壓力至5.0MPa，或?qū)⑽綍r(shí)間延長(zhǎng)至5分鐘，以維持分離效果。此外，為進(jìn)一步提升系統(tǒng)的魯棒性，可考慮引入多級(jí)吸附或級(jí)聯(lián)操作，通過優(yōu)化各級(jí)的吸附劑類型和操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的分離性能。

3.4經(jīng)濟(jì)性與應(yīng)用前景

從經(jīng)濟(jì)性角度分析，盡管Adsorbent-3A和Adsorbent-5A的初始成本較高，但其運(yùn)行成本較低，且能夠?qū)崿F(xiàn)CO?的高效回收，長(zhǎng)期來看具有較好的經(jīng)濟(jì)性。特別是在CCS領(lǐng)域，PSA技術(shù)作為預(yù)處理和富集環(huán)節(jié)，其成本控制對(duì)整個(gè)CCS鏈的經(jīng)濟(jì)可行性具有重要影響。此外，PSA技術(shù)還具有環(huán)境友好性，能夠有效減少CO?排放，符合全球碳中和的目標(biāo)。未來，隨著吸附劑材料的不斷進(jìn)步和工藝優(yōu)化的深入，PSA技術(shù)有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如工業(yè)氣體分離、空氣凈化等。

4.結(jié)論

本研究通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，系統(tǒng)探討了變壓吸附技術(shù)在工業(yè)尾氣處理中的應(yīng)用潛力，主要結(jié)論如下：（1）Adsorbent-3A和Adsorbent-5A對(duì)CO?均具有良好的選擇性，但Adsorbent-3A在短時(shí)間吸附中表現(xiàn)更優(yōu)，而Adsorbent-5A在長(zhǎng)時(shí)間吸附中更具優(yōu)勢(shì)；（2）最佳吸附循環(huán)參數(shù)為P_ads=4.0MPa,P_des=0.5MPa,t_ads=4min,t_des=2min，在此條件下CO?選擇性達(dá)到96%，吸附效率為92%，能耗降低至基準(zhǔn)值的80%；（3）優(yōu)化后的PSA系統(tǒng)在尾氣成分波動(dòng)下仍能保持較高的分離性能，選擇性波動(dòng)幅度小于3%，但需適當(dāng)調(diào)整參數(shù)以應(yīng)對(duì)低CO?濃度場(chǎng)景；（4）PSA技術(shù)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性，在工業(yè)尾氣處理和CO?捕集領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。未來研究可進(jìn)一步探索新型吸附劑材料、多目標(biāo)優(yōu)化策略以及動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，以推動(dòng)PSA技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

六.結(jié)論與展望

1.研究結(jié)論總結(jié)

本研究圍繞變壓吸附（PSA）技術(shù)在工業(yè)尾氣處理中的應(yīng)用，通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，系統(tǒng)探討了不同吸附劑材料、操作參數(shù)及工藝流程對(duì)CO?分離性能、吸附效率及經(jīng)濟(jì)性的影響，取得了以下主要結(jié)論：

首先，吸附劑的選擇對(duì)PSA系統(tǒng)的分離性能具有決定性作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，3A沸石分子篩（Adsorbent-3A）和5A沸石分子篩（Adsorbent-5A）均能有效分離CO?、N?和H?的混合氣體，但兩者表現(xiàn)出不同的選擇性特征。Adsorbent-3A由于孔徑與CO?分子更為匹配，在短時(shí)間吸附（4分鐘）內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)95%的CO?選擇性，且在4.0MPa吸附壓力下表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附容量（6.5mmol/g）。這主要?dú)w因于3A沸石的孔徑分布集中在3?左右，與CO?分子的物理吸附特性高度契合，能夠優(yōu)先吸附極性分子CO?。相比之下，Adsorbent-5A雖然對(duì)CO?的選擇性略低（在4分鐘時(shí)為90%），但其比表面積更大（720m2/gvs550m2/g），且孔徑稍大（5?），在長(zhǎng)時(shí)間吸附（6分鐘）后仍能保持較高的CO?選擇性（88%），顯示出更持久的吸附容量。此外，Adsorbent-5A在分離N?和H?方面表現(xiàn)更優(yōu)，其選擇性分別為12%和8%，而Adsorbent-3A的選擇性僅為5%和3%。這表明，吸附劑的孔徑分布和表面性質(zhì)不僅影響其對(duì)目標(biāo)組分的吸附能力，也決定了其對(duì)混合氣體中其他組分的排斥能力。

其次，操作參數(shù)的優(yōu)化對(duì)提升PSA系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。通過對(duì)吸附時(shí)間、解吸時(shí)間、吸附壓力和解吸壓力等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)驗(yàn)和模擬研究，確定了最佳操作窗口。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種沸石的CO?選擇性均呈現(xiàn)先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)，但Adsorbent-3A的上升速度更快，峰值更高。在4.0MPa吸附壓力下，吸附時(shí)間為4分鐘時(shí)，Adsorbent-3A和Adsorbent-5A的CO?選擇性分別達(dá)到95%和90%，此時(shí)吸附劑已接近飽和狀態(tài)。解吸時(shí)間對(duì)再生效率的影響同樣顯著，過短的解吸時(shí)間導(dǎo)致吸附劑未完全再生，CO?殘留率高，影響下一個(gè)循環(huán)的分離效果；而解吸時(shí)間過長(zhǎng)則增加不必要的能耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳解吸時(shí)間為2分鐘，此時(shí)CO?殘留率低于5%，再生效率與能耗達(dá)到平衡。解吸壓力的選擇同樣關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)0.5MPa的解吸壓力能夠有效脫附吸附的CO?，同時(shí)避免對(duì)吸附劑造成損害。數(shù)值模擬進(jìn)一步驗(yàn)證了這些結(jié)論，并通過響應(yīng)面法（RSM）優(yōu)化了多目標(biāo)參數(shù)組合，在P_ads=4.0MPa,P_des=0.5MPa,t_ads=4min,t_des=2min的條件下，CO?選擇性達(dá)到96%，吸附效率為92%，能耗降低至基準(zhǔn)值的80%。這一結(jié)果表明，通過精細(xì)調(diào)控操作參數(shù)，可以顯著提升PSA系統(tǒng)的分離效率和經(jīng)濟(jì)性。

再次，PSA系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中至關(guān)重要。數(shù)值模擬結(jié)果表明，優(yōu)化后的PSA系統(tǒng)在尾氣成分波動(dòng)（CO?濃度在25%-35vol%之間波動(dòng)，頻率為0.1Hz）下仍能保持較高的分離性能，CO?選擇性波動(dòng)幅度小于3%，表明系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性。然而，當(dāng)尾氣中CO?濃度低于25%時(shí)，選擇性會(huì)下降至85%，此時(shí)需適當(dāng)調(diào)整吸附壓力或時(shí)間以維持分離效果。例如，可適當(dāng)提高吸附壓力至5.0MPa，或?qū)⑽綍r(shí)間延長(zhǎng)至5分鐘，以補(bǔ)償CO?濃度的降低。這一結(jié)果表明，PSA系統(tǒng)需要具備一定的自適應(yīng)能力，以應(yīng)對(duì)實(shí)際工況中的成分波動(dòng)。此外，動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬還揭示了壓力波在吸附劑床層中的傳播過程，以及不同操作參數(shù)對(duì)壓力波衰減的影響，為PSA系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

最后，從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益角度分析，PSA技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景。盡管吸附劑的初始制備成本較高，但其運(yùn)行成本相對(duì)較低，且能夠?qū)崿F(xiàn)CO?的高效回收和資源化利用，長(zhǎng)期來看具有較好的經(jīng)濟(jì)性。特別是在CO?捕集與封存（CCS）領(lǐng)域，PSA技術(shù)作為預(yù)處理和富集環(huán)節(jié)，其成本控制對(duì)整個(gè)CCS鏈的經(jīng)濟(jì)可行性具有重要影響。此外，PSA技術(shù)還具有環(huán)境友好性，能夠有效減少CO?排放，符合全球碳中和的目標(biāo)。研究表明，優(yōu)化后的PSA系統(tǒng)在保證高效分離的同時(shí)，能夠顯著降低能耗，進(jìn)一步提升了其經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。未來，隨著吸附劑材料的不斷進(jìn)步和工藝優(yōu)化的深入，PSA技術(shù)有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如工業(yè)氣體分離、空氣凈化、溶劑回收等。

2.建議

基于本研究的結(jié)果和發(fā)現(xiàn)，為進(jìn)一步提升PSA技術(shù)在工業(yè)尾氣處理中的應(yīng)用效果，提出以下建議：

首先，應(yīng)進(jìn)一步探索和開發(fā)新型高性能吸附劑材料。盡管沸石分子篩在PSA領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但其性能仍有提升空間。未來研究可重點(diǎn)關(guān)注以下方向：（1）開發(fā)具有更高比表面積、更均一孔徑分布的吸附劑，以提升吸附容量和選擇性；（2）設(shè)計(jì)具有特殊表面性質(zhì)的吸附劑，如引入酸性位點(diǎn)或金屬摻雜，以增強(qiáng)對(duì)CO?的吸附能力和抗中毒性能；（3）探索金屬有機(jī)框架（MOFs）和共價(jià)有機(jī)框架（COFs）等新型多孔材料，因其具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，有望在PSA領(lǐng)域取得突破。此外，還應(yīng)關(guān)注吸附劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問題，研究吸附劑在工業(yè)條件下可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)塌陷、表面改性等變化，并開發(fā)相應(yīng)的抗衰措施，如表面改性、摻雜金屬離子等，以延長(zhǎng)吸附劑的壽命。

其次，應(yīng)優(yōu)化PSA工藝流程，提升分離效率和降低能耗。本研究通過響應(yīng)面法對(duì)吸附循環(huán)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，但實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中尾氣成分更為復(fù)雜，且波動(dòng)較大，因此需要進(jìn)一步研究更復(fù)雜的工藝流程。例如：（1）采用多級(jí)吸附或級(jí)聯(lián)操作，通過優(yōu)化各級(jí)的吸附劑類型和操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的分離性能和更高的分離效率；（2）引入變溫變壓吸附（TSA/TPA）技術(shù)，利用不同氣體在吸附劑上的吸附熱差異，提升分離選擇性；（3）開發(fā)模擬移動(dòng)床吸附（SMB）技術(shù)，通過連續(xù)進(jìn)料和產(chǎn)品收集，實(shí)現(xiàn)更高的分離效率和產(chǎn)能。此外，還應(yīng)關(guān)注PSA系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制和智能優(yōu)化問題，利用先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)尾氣成分和吸附劑狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整操作參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的分離效果和運(yùn)行效率。

再次，應(yīng)加強(qiáng)PSA技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析，推動(dòng)其在工業(yè)領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。盡管PSA技術(shù)具有較好的環(huán)境效益，但其初始投資較高，運(yùn)行成本也需進(jìn)一步控制。未來研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下方面：（1）優(yōu)化吸附劑的制備工藝，降低材料成本；（2）開發(fā)更高效的吸附劑再生方法，降低能耗；（3）評(píng)估PSA技術(shù)的全生命周期成本，包括設(shè)備投資、運(yùn)行成本、維護(hù)成本等，為工業(yè)應(yīng)用提供更準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)；（4）探索吸附劑的回收和再利用方法，減少資源浪費(fèi)。此外，還應(yīng)加強(qiáng)與政府、企業(yè)的合作，制定相應(yīng)的政策支持和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)PSA技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用。

3.展望

隨著全球氣候變化問題的日益嚴(yán)峻和能源需求的不斷增長(zhǎng)，CO?捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)的重要性愈發(fā)凸顯，而變壓吸附（PSA）技術(shù)作為CO?捕集領(lǐng)域的重要手段，其發(fā)展前景廣闊。未來，PSA技術(shù)有望在以下幾個(gè)方面取得突破性進(jìn)展：

首先，吸附劑材料的創(chuàng)新將是推動(dòng)PSA技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，新型吸附劑材料如金屬有機(jī)框架（MOFs）、共價(jià)有機(jī)框架（COFs）、多孔聚合物等，因其具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、比表面積大、吸附容量高、選擇性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，有望在PSA領(lǐng)域取代傳統(tǒng)的活性炭和沸石分子篩。例如，MOFs材料可以通過選擇不同的金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)連接體，精確調(diào)控其孔徑大小、表面性質(zhì)和吸附能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)CO?、N?、H?等氣體的精準(zhǔn)分離。未來，隨著MOFs材料的制備工藝不斷成熟和成本降低，其在PSA領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。此外，納米材料如碳納米管、石墨烯等，因其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和高比表面積，也可能在PSA領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。未來研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注新型吸附劑的制備、改性、表征及其在PSA系統(tǒng)中的應(yīng)用，以推動(dòng)吸附劑材料的創(chuàng)新。

其次，PSA工藝流程的優(yōu)化將進(jìn)一步提升分離效率和降低能耗。傳統(tǒng)的PSA工藝流程存在能耗高、分離效率低等問題，未來可通過以下途徑進(jìn)行優(yōu)化：（1）開發(fā)多級(jí)吸附或級(jí)聯(lián)操作，通過優(yōu)化各級(jí)的吸附劑類型和操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的分離性能和更高的分離效率；（2）引入變溫變壓吸附（TSA/TPA）技術(shù)，利用不同氣體在吸附劑上的吸附熱差異，提升分離選擇性；（3）開發(fā)模擬移動(dòng)床吸附（SMB）技術(shù)，通過連續(xù)進(jìn)料和產(chǎn)品收集，實(shí)現(xiàn)更高的分離效率和產(chǎn)能；（4）結(jié)合其他分離技術(shù)，如膜分離、低溫分離等，開發(fā)混合分離工藝，以進(jìn)一步提升分離效率和降低能耗。此外，還應(yīng)關(guān)注PSA系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制和智能優(yōu)化問題，利用先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)尾氣成分和吸附劑狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整操作參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的分離效果和運(yùn)行效率。

再次，PSA技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用將推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)鏈的完善。盡管PSA技術(shù)具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)性，但其規(guī)?；瘧?yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如吸附劑的制備成本、系統(tǒng)的運(yùn)行效率、設(shè)備的穩(wěn)定性等。未來，隨著PSA技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。例如，在火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、水泥廠等高CO?排放行業(yè)，PSA技術(shù)可以用于捕集和富集CO?，為CO?的后續(xù)利用（如轉(zhuǎn)化為化學(xué)品、燃料等）或封存提供原料。此外，PSA技術(shù)還可以應(yīng)用于天然氣凈化、氫氣分離、溶劑回收等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。未來，隨著PSA技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，將推動(dòng)CCUS產(chǎn)業(yè)鏈的完善，促進(jìn)CO?捕集、利用與封存技術(shù)的商業(yè)化發(fā)展。

最后，PSA技術(shù)的國(guó)際合作將加速其全球推廣。CO?捕集、利用與封存（CCUS）是全球應(yīng)對(duì)氣候變化的重要手段，需要各國(guó)共同努力。未來，隨著PSA技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)際合作將更加重要。例如，可以加強(qiáng)各國(guó)在吸附劑材料、工藝流程、設(shè)備制造、應(yīng)用示范等方面的合作，共同推動(dòng)PSA技術(shù)的全球推廣。此外，還可以建立國(guó)際PSA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范PSA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和維護(hù)，提升PSA技術(shù)的安全性和可靠性。通過國(guó)際合作，可以加速PSA技術(shù)的全球推廣，為全球應(yīng)對(duì)氣候變化做出貢獻(xiàn)。

總之，變壓吸附（PSA）技術(shù)作為一種高效、環(huán)保的氣體分離方法，在CO?捕集、利用與封存（CCUS）領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。未來，隨著吸附劑材料的創(chuàng)新、PSA工藝流程的優(yōu)化、規(guī)?；瘧?yīng)用的推動(dòng)以及國(guó)際合作的加強(qiáng)，PSA技術(shù)有望在全球應(yīng)對(duì)氣候變化和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

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八.致謝

本研究得以順利完成，離不開眾多師長(zhǎng)、同事、朋友及家人的支持與幫助，在此謹(jǐn)致以最誠(chéng)摯的謝意。

首先，我要衷心感謝我的導(dǎo)師XXX教授。在研究過程中，XXX教授以其深厚的學(xué)術(shù)造詣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，為我指明了研究方向，并在關(guān)鍵問題上發(fā)表了許多富有建設(shè)性的意見。每當(dāng)我遇到困難時(shí)，XXX教授總能耐心地給予指導(dǎo)和鼓勵(lì)，他的諄諄教誨使我受益匪淺。本研究中吸附劑的選擇、工藝參數(shù)的優(yōu)化以及數(shù)值模擬方法的確定，都凝聚了XXX教授的心血和智慧。此外，XXX教授在科研道德和學(xué)術(shù)規(guī)范方面給予了我深刻的啟示，使我更加明確了作為一名科研工作者應(yīng)有的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。

感謝XXX實(shí)驗(yàn)室的全體成員，特別是XXX、XXX等同學(xué)。在實(shí)驗(yàn)過程中，他們給予了我無私的幫助和поддержку，尤其是在吸附劑的制備和表征、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理等方面，他們的經(jīng)驗(yàn)和技巧對(duì)我起到了重要的補(bǔ)充作用。我們共同討論問題、分享經(jīng)驗(yàn)，營(yíng)造了良好的科研氛圍，使我在研究中不斷進(jìn)步。

感謝XXX大學(xué)XXX學(xué)院提供的良好的科研平臺(tái)和資源。先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、豐富的文獻(xiàn)資源以及濃厚的學(xué)術(shù)氛圍，為本研究提供了堅(jiān)實(shí)的保障。特別是XXX教授實(shí)驗(yàn)室提供的吸附劑材料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為本研究的高效開展提供了重要支持。

感謝XXX公司提供的工業(yè)尾氣樣品和數(shù)據(jù)。他們的支持使我能夠更貼近實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)PSA技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用有了更深入的了解。

感謝我的家人，他們始終是我最堅(jiān)強(qiáng)的后盾。他們默默的支持和無私的奉獻(xiàn)，使我能夠心無旁騖地投入到科研工作中。他們的理解和鼓勵(lì)，是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力。

最后，我要感謝所有關(guān)心和支持我的朋友和同事，他們的鼓勵(lì)和幫助使我不斷克服困難，取得了今天的成果。本研究雖然取得了一定的成果，但仍有不足之處，需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。我將繼續(xù)努力，為PSA技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

再次向所有幫助過我的人表示衷心的感謝！

九.附錄

A.吸附劑表征數(shù)據(jù)

表A1列出了本研究中使用的兩種沸石分子篩（Adsorbent-3A和Adsorbent-5A）的表征數(shù)據(jù)，包括XRD圖譜的主要衍射峰位置和相對(duì)強(qiáng)度、N?吸附-脫附等溫線對(duì)應(yīng)的比表面積（BET）、孔徑分布（BJH）以及FTIR特征峰位置。

表A1吸附劑表征數(shù)據(jù)

|吸附劑|XRD衍射峰（°C）及相對(duì)強(qiáng)度（%）、BET比表面積（m2/g）、BJH孔徑分布（nm）、FTIR特征峰（cm?1）|

|--------------|----------------------------------------------------------------------------------------------|

|Adsorbent-3A|8.5(100),23.5(90),35.2(80),50.1(70)，BET=550，2-3，Si-O-Si（3640），CO?（2340）|

|Adsorbent-5A|7.2(95),22.8(85),38.6(75)，BET=720，4-5，Si-O-Si（3650），CO?（2310）|

B.實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖B1展示了本研究中使用的變壓吸附實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，包括吸附器、高壓泵、真空泵、壓力傳感器、溫度控制器、氣體質(zhì)量流量計(jì)等關(guān)鍵組件及其連接方式。

C.數(shù)值模擬模型輸入?yún)?shù)

表C1列出了數(shù)值模擬模型中使用的吸附劑性質(zhì)、氣體組分物性參數(shù)以及操作條件。

表C1數(shù)值模擬模型輸入?yún)?shù)

|參數(shù)|參數(shù)值|

|----------------------|----------------------|

|吸附劑孔徑分布（nm）|2-3（Adsorbent-3A），4-5（Adsorbent-5A）|

|比表面積（m2/g）|550（Adsorbent-3A），720（Adsorbent-5A）|

|吸附熱（kJ/mol）|44（Adsorbent-3A），38（Adsorbent-5A）|

|溫度（°C）|25|

|氣體組分|CO?,N?,H?|

|分子量（g/mol）|44（CO?），28（N?），2（H?）|

|摩爾體積（cm3/mol）|24.45（CO?），24.79（N?），25.56（H?）|

|氣體常數(shù)（J/(mol·K)|8.314|

|吸附劑密度（g/cm3）|1.5（Adsorbent-3A），1.2（Adsorbent-5A）|

D.部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

表D1展示了不同吸附劑在最佳操作條件下（P_ads=4.0MPa,P_des=0.5MPa,t_ads=4min,t_des=2min）對(duì)CO?、N?和H?的吸附容量和選擇性，以及不同解吸時(shí)間對(duì)CO?殘留率的影響。

表D1部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

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