Термодинамика газовых смесей в нанопористых материалах: Расширение на неидеальные системы при высоких давлениях
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-950-958
Аннотация
В этой работе мы разработали феноменологический подход для описания равновесной адсорбции неидеальных газовых смесей в нанопористых адсорбентах в широком диапазоне давлений. Ключевым моментом разработанного подхода является наблюдение, что свободная энергия Гиббса газовой смеси близка к своему идеальному значению. Эта особенность, являющаяся более общей, чем эмпирический закон Рауля в теории идеального адсорбционного раствора (IAST), была объединена с распределением элементов адсорбционного объема (EAV) пористого материала по потенциалам в духе теории Поляни. Мы применили этот подход к адсорбции индивидуальных и бинарных газовых смесей CO2, CH4 и N2 на активированном угле в широком диапазоне давлений до 13 МПа. Этот подход обеспечивает высокую точность прогнозирования адсорбции газовых смесей на основе индивидуальных изотерм адсорбции и подчиняется уравнению Гиббса-Дюгема, что подтверждает его термодинамическую непротиворечивость.
Об авторах
Т. Кузнецова
МГУ им. М.В. Ломоносова
Россия
Россия
Татьяна Кузнецова, химический факультет
ГСП-1, Ленинские горы, Москва, 119991
Е. Устинов
ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН
Россия
Россия
Евгений Устинов
Политехническая ул., 26, Санкт-Петербург, 194021
Список литературы
1. Myers A.L., Prausnitz J.M. Thermodynamics of mixed-gas adsorption. AIChE J., 1965, 11, P. 121–127.
2. Rios R.B., Stragliotto F.M., Peixoto H.S., Torres A.E.B., Bastos-Neto A.M., Azevedo D.C.S., Cavalcante C.L. Studies on the adsorption behavior of CO2-CH4 mixtures using activated carbon. Braz. J. Chem. Eng., 2013, 30, P. 939–951.
3. Pino D., Plantier F., Bessieres D. Experimental determination of the adsorption isoterms in gas mixtures under extended pressure and temperature range. J. Term. Anal. Calorim., 2014, 117, P. 1469–1477.
4. Pino D., Bessieres D. CH4/CO2 Mixture adsorption on a characterized activated carbon. J. Chem. Eng. Data., 2017, 62, P. 1475–1480.
5. Dreisbach F., Staudt R., Keller J.U. High pressure adsorption data of methane, nitrogen, carbon dioxide and their binary and ternary mixture on activated carbon. Adsorption, 1999, 5, P. 215–227.
6. Sudibandriyo M., Pan Zh., Fitzgerald J.E., Robinson R.L., Gasem K.A.M. Adsorption of methane, nitrogen, carbon dioxide, and their binary mixtures on dry activated carbon at 318.2 K and pressures up to 13.6 MPa. Langmuir, 2003, 19, P. 5323–5331.
7. Rufford T.E.,Watson G.C.Y., Saleman T.L., Hofman P.S. Adsorption equilibria and kinetics of methane + nitrogen mixtures on the activated carbon Norit RB3. Ind. Chem. Eng. Res., 2013, 52, P. 14270–14281.
8. Fitzgerald J.E., Pan Z., Sudibandriyo M., Robinson R.L., Gasem K.A.M., Reeves S. Adsorption of methane, nitrogen, carbon dioxide and their mixtures on wet Tiffany coal. Fuel, 2005, 84, P. 2351–2363.
9. Vaart R. van der Huiskes C., Bosch H., Reith T. Single and mixed gas adsorption equilibria of carbon dioxide/methane on activate carbon. Adsorption, 2000, 6, P. 311–323.
10. Valenzuela D.P., Myers A.L., Talu O., Zwiebel I. Adsorption of gas mixtures: Effect of energetic heterogeneity. AIChE J., 1988, 34, P. 397–402.
11. Jensen C.R.C., Seaton N.A., Gusev V., O’Brien J.A. Prediction of multicomponent adsorption equilibrium using a new model of adsorbed phase nonuniformity. Langmuir, 1997, 13, P. 1205–1210.
12. Goetz V., Pupier O., Guillot A. Carbon dioxide-methane mixture adsorption on activated carbon. Adsorption, 2006, 12, P. 55–63.
13. Dubinin M.M. Fundamentals of the theory of adsorption in micropores of carbon adsorbents: Characteristics of their adsorption properties and microporous structures. Carbon, 1989, 27, P. 457–467.
14. Hoory S.E., Prausnitz J.M. Monolayer adsorption of gas mixtures on homogeneous and heterogeneous solids. Chem. Eng. Sci., 1967, 22, P. 1025–1033.
15. DeGance A.E. Multicomponent high-pressure adsorption equilibria on carbon substrates: Theory and data. Fluid Phase Equilibria, 1992, 78, P. 99–137.
16. Ustinov E.A., Do D.D., Herbst A., Staudt R., Harting P. Multicomponent adsorption on activated carbons under supercritical conditions. J. Colloid Interface Sci., 2004, 275, P. 376–385.
17. Shapiro A.A., Stenby E.H. Potential theory of multicomponent adsorption. J. Colloid Interface Sci. 1998, 201, P. 146–157.
18. Dundar E., Zacharia R., Chahine R., B´enard, P. Potential theory for prediction of high-pressure gas-mixture adsorption on activate carbons and MOFs. Sep. Purif. Technol., 2014, 135, P. 229–242.
19. Polanyi M. The potential theory of adsorption. Science, 1963, 141, P. 1010–1013.
20. Ustinov E.A., Do D.D., Herbst A., Staudt R., Harting P. Modeling of gas adsorption equilibrium over a wide range of pressure: A thermodynamic approach based on equation of state. J. Colloid Interface Sci., 2002, 250, P. 49–62.
21. Platzer B., Maurer G. Application of a generalized Bender equation of state to the description of vapour-liquid equilibria in binary systems. Fluid Phase Equilibria, 1993, 84, P. 79–110.
22. Ustinov E.A. Thermodynamics of liquid and fluid mixtures from kinetic Monte Carlo viewpoint. Phys. Chem. Chem. Phys., 2023, 25, P. 27321–27330.
Рецензия
Для цитирования:
Кузнецова Т., Устинов Е. Термодинамика газовых смесей в нанопористых материалах: Расширение на неидеальные системы при высоких давлениях. Наносистемы: физика, химия, математика. 2024;15(6):950-958. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-950-958
For citation:
Kuznetsova T.A., Ustinov E.A. Thermodynamics of gas mixtures in nanoporous materials: Extension to non-ideal systems at high pressures. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2024;15(6):950-958. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-950-958
Просмотров:
9
Послать статью по эл. почте 