活性炭吸附氯化氫-燃料電池應(yīng)用

　　活性炭吸附氯化氫-燃料電池的應(yīng)用，在固體氧化物燃料電池的應(yīng)用中，氯化氫和硫化氫的氣體會(huì)影響電池的性能，因此非常必要的。使用吸附劑凈化氣體是一種非常適用的方法。在本期中，我們對(duì)幾種活性炭、改性活性炭和其他吸附劑的吸附等吸附劑的吸附能力。氯化氫和硫化氫用浸漬活性炭和金屬氧化物吸附劑去除。

　　燃料電池的主要用途是固定電力設(shè)備，包括熱電聯(lián)產(chǎn)裝置、航天器（質(zhì)子交換膜燃料電池）的車(chē)載電力或其他封閉環(huán)境。沼氣通常用于轉(zhuǎn)化固體氧化物燃料電池中的電能，但沼氣中的氯化氫會(huì)導(dǎo)致脆弱的發(fā)電部件腐蝕。氯化氫是沼氣原料中的主要燃料雜質(zhì)之一。為了成功運(yùn)行固體氧化物燃料電池，應(yīng)在一定程度上去除。活性炭只能吸收氯化氫的一部分，所以我們這次使用的活性炭是經(jīng)過(guò)改性的。

　　活性炭吸附劑試驗(yàn)試驗(yàn)

　　兩種吸附劑的物理特性：碳酸鉀浸漬活性炭和其他混合物。硫化氫和氯化氫等高揮發(fā)性和有害物質(zhì)只在很小程度上吸附在活性炭上。因此，純物理吸附過(guò)程是不可行的?；瘜W(xué)吸附需要去除這些污染物，比物理吸附強(qiáng)得多。相互作用是氣體和固體表面共存的真正化學(xué)鍵。如果在有利的溫度和壓力條件下在所有表面發(fā)生物理吸附，化學(xué)吸附只發(fā)生在某些表面，只發(fā)生在這些表面沒(méi)有其他吸附物時(shí)?；瘜W(xué)吸附停止，當(dāng)吸附不再直接接觸表面時(shí)。因此，它是一個(gè)單層過(guò)程。物理吸附和化學(xué)吸附通常同樣快。吸附中的速率決定步驟不是吸附本身。確定活性炭孔隙周?chē)w粒邊界層的質(zhì)量傳遞和質(zhì)量傳遞形成速率的步驟。

　　為了分析氯化氫對(duì)活性炭吸附能力的影響，使用100和1000ppmv氯化氫含量測(cè)試氣體與氮?dú)馄胶?。將這些氣體混合并裝瓶?；旌显囼?yàn)氣體的相對(duì)測(cè)量不確定度為3%。這意味著對(duì)于10000ppmv氯化氫氣體混合物1000ppmv氯化氫氣體混合物的準(zhǔn)確性為3和30ppmv。100ppmv氯化氫和200ppmv氣體混合物硫化氫。

　　測(cè)試程序

　　用碳酸鉀浸漬的活性炭和其它混合物的兩種吸附劑進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)玻璃吸附器和氣體洗滌瓶對(duì)氣體混合物進(jìn)行測(cè)試，并在30秒內(nèi)監(jiān)測(cè)氣體洗滌瓶中的去離子水pH值。根據(jù)以下程序進(jìn)行典型的測(cè)試：校準(zhǔn)包括pH電極的pH將測(cè)量的活性炭和其他混合物吸附劑添加到吸附器中和150ml用安裝了pH在氣體洗滌瓶中加入電極的去離子水。連接所有管道后，通過(guò)氮?dú)鈾z查所有儀器的密封性。在獲得數(shù)據(jù)記錄后，將測(cè)試氣體混合物輸送到吸附器。連續(xù)測(cè)量pH每30秒記錄一次值。在pH當(dāng)值降至3以下時(shí)，停止試驗(yàn)。之后，基于pH在試運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)吸附器計(jì)算氯化氫的值變化。

　　上述試驗(yàn)結(jié)果顯示。可以看出，22分鐘后，氣體洗滌瓶pH值降至3以下，而在反應(yīng)器中不使用活性炭吸附劑樣品。用活化氧化鋁樣品裝載反應(yīng)器分別產(chǎn)生66和71分鐘的穿透時(shí)間。氯化氫的吸附容量為0.0288g/g。提高氣體流量的結(jié)果如圖1所示b所示。**次試驗(yàn)是在反應(yīng)器中沒(méi)有活性炭吸附劑負(fù)載，12分鐘后氣體洗滌瓶中去除離子水pH值降至3以下。氯化氫的吸附容量為0.0288g/g降低至0.0172g/g。

　　活性炭對(duì)氯化氫的吸附性能。°C，氯化氫入口濃度100000ppmv，粒徑3-4mm。

　　活性炭吸附劑顆粒尺寸是影響吸附性能的參數(shù)之一，除了空氣時(shí)間、空速和入口濃度外。在吸附裝置的設(shè)計(jì)中，它是一個(gè)限制因素，因?yàn)槌搜b置尺寸外，顆粒尺寸對(duì)壓降是決定性的。

　　沼氣中的氯化氫必須去除到一定程度，以確保固體燃料電池的無(wú)故障運(yùn)行。研究了碳酸鉀浸漬活性炭的吸附性能。計(jì)算了氯化氫的吸收量，即活性炭的利用值。氯化氫的吸附容量是在不同的空氣時(shí)間和空氣速度、入口濃度和粒徑下進(jìn)行的?；钚蕴康蜏芈然瘹湮皆囼?yàn)得出以下結(jié)論：

　　1.活性炭的氯化氫吸附能力取決于反應(yīng)器中進(jìn)料氣體與活性炭的接觸時(shí)間。氣時(shí)空速越高，接觸時(shí)間越短，活性炭吸附性能下降。氣時(shí)空速8萬(wàn)活性炭樣品h -1點(diǎn)得到*好的結(jié)果。將氣時(shí)空速提高到1.6萬(wàn)h -對(duì)活性炭有一定的影響。

　　2.氣時(shí)空速160000h -在下一次試驗(yàn)中，將活性炭顆粒粉碎成500至1000微米之間的顆粒會(huì)加倍氯化氫的吸附。從技術(shù)上講，粉碎活性炭顆粒會(huì)增加接觸面積，這應(yīng)該會(huì)帶來(lái)良好的效果，但較小的顆粒擴(kuò)散路徑較短。然而，在8000h -在氣時(shí)空速下進(jìn)行的測(cè)試并未證實(shí)該理論。活性炭只通過(guò)壓碎顆粒獲得*小的好處。這背后的原因可能是將活性炭壓碎成顆粒，破壞大孔隙。

　　3.增加氯化氫的入口濃度導(dǎo)致活性炭吸附15%的氯化氫，這是吸附分離的驅(qū)動(dòng)力。此外，當(dāng)氯化氫的入口濃度從100增加到1000ppmv測(cè)試時(shí)間幾乎減少了10倍。換句話說(shuō)，原料氣體中更多的氯化氫分子會(huì)使活性炭上的游離吸附點(diǎn)飽和得更快。

　　4.磷酸鉀能吸附氯化氫和硫化氫。由于熱力學(xué)系統(tǒng)力求*小的自由能，因此*好吸附具有高鍵合能的成分。h -1和16000h -兩次空速試驗(yàn)證實(shí)了同時(shí)吸附浸漬活性炭的可能性。