不同阳离子分子筛中CO2吸附结构形成与变化机理

杨凯中，杨 光，吴静怡

（上海交通大学 制冷与低温工程研究所，上海 200240）

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分子筛在空气分离系统[1-3]、低温真空绝热储存系统[4-5]等低温与真空领域有重要应用。在空气分离系统中，空气通过低温精馏进行分离之前，须使用分子筛去除空气中CO2和水分等杂质，防止其在精馏过程中冻结堵塞精馏塔。在LNG储罐车中，分子筛常用于吸附绝热夹层中释放出来的气体，从而维持夹层的高真空度，实现较好的绝热效果。由于空气中CO2浓度低，且绝热夹层总压较低，因此在较低的CO2分压下发生吸附。所以吸附材料的低压吸附性能尤其重要[6-7]。

空分纯化系统大多采用低压CO2吸附性能较好的X型分子筛去除空气中的CO2。而随着空分设备朝大型化发展以及空气中CO2浓度的增加，开发吸附量更大的CO2吸附剂，对于延长吸附切换周期，降低空分能耗具有重要意义[7]。由于X型分子筛成本较低，利用改性X分子筛提升CO2吸附量具有较好的经济性。X分子筛的改性主要有两种途径：一是改变分子筛硅铝比；二是改变分子筛阳离子种类。其中，低硅铝比X分子筛（LSX）具有更好的低压CO2吸附性能，由此被应用在一些新的空分项目中[8-9]。作者前期研究了降低硅铝比来强化分子筛吸附的机理[10]，发现其较多的高能量吸附位点的数目是CO2吸附强化的主要原因。低硅铝比分子筛中高能位点数目增加是由其阳离子浓度的增加导致的，说明了阳离子在分子筛吸附CO2过程中具有重要作用。因此，在另一方面，也有通过改变阳离子的方法强化CO2吸附能力的研究。……