Einführung

Isothermen werden in der Regel mit statischen Adsorptionsmessungen erfasst, da dies sowohl einfacher als auch schneller ist als die Erfassung isothermer Daten an einem Durchbruchssystem. Statische Messungen können jedoch keine Strömungen oder Gasverunreinigungen nachahmen. Aus diesem Grund kann es notwendig sein, Durchbruchsdaten bei unterschiedlichen Drücken zu erfassen, um Ihren Prozess zu analysieren und zu optimieren. In diesem Anwendungshinweis geht es darum, wie sich ein veränderter Druck auf die von einem Material adsorbierte Menge auswirken kann und wie die Messung von Durchbruchskurven bei verschiedenen Drücken es dem Benutzer ermöglicht, eine Isotherme zu erstellen. Isothermen, die über eine Durchbruchsanalyse ermittelt werden, stimmen nie genau mit denen überein, die über statische Adsorptionsmessungen ermittelt werden. Die Auswirkung der Strömung kann sich drastisch auf die Adsorptionsisotherme auswirken, vor allem, wenn Druckabfall oder Stoffübertragungsbeschränkungen eine Rolle spielen.

Experimentelle

Zeolith 13X wurde zur Messung der Adsorption von Kohlendioxid unter hohem Druck mit dem Micromeritics BreakThrough Analyzer bei unterschiedlichen Drücken zwischen 1 bar und 10 bar (absolut) verwendet. Diese Messungen wurden bei 30 °C und einer Gesamtdurchflussrate von 21 sccm durchgeführt. Der Durchfluss bestand aus 10 sccm _N2, 10 sccm_CO2 und 1 sccm He. Helium wurde bei diesen Experimenten als Tracergas verwendet, um den Beginn des Durchbruchsversuchs zu bestimmen. Ein Tracergas wurde verwendet, da die Gesamtdurchflussrate des Gases unabhängig vom Druck gleich blieb, die Totzeit jedes Experiments sich jedoch aufgrund der Kompression des Gases im gleichen Volumen des Totraums ändern würde. Vor jeder Analyse wurde Zeolith 13X eine Stunde lang bei 100 °C aktiviert, bevor die Temperatur für weitere 12 Stunden auf 200 °C erhöht wurde. Nach jeder Messung musste die Probe vollständig aktiviert werden, um das Material vollständig zu regenerieren. Während die Aktivierung bei Raumtemperatur bei einem Druck von 1 bar ausreichend war, waren für Messungen bei höheren Drücken höhere Aktivierungstemperaturen erforderlich. Außerdem war das Massenspektrometer nach jeder Messung mit_CO2 gesättigt und musste vor der nächsten Analyse kurz 1 bis 2 Stunden ausheizen.

Ergebnisse

Die Durchbruchmessungen wurden an Zeolith 13X bei 1, 2, 3, 5, 7 und 10 bar absolutem Druck durchgeführt. Bei jeder Messung betrug die_{CO2-Durchflussrate} 10 sccm. Abbildung 1 zeigt die Ergebnisse aller Durchbruchsmessungen. Der Zeitpunkt Null entspricht dem Durchbruch von Helium bei der Messung, so dass die Totzeit des Experiments bereits abgezogen wurde.

Alle Durchbruchskurven von Zeolith 13X zeigen scharfe Spitzen, was darauf hindeutet, dass es wenig bis gar keine Einschränkungen beim Stoffaustausch gibt. Dieses Verhalten ist zu erwarten, da Zeolith 13X hervorragende Fähigkeiten zur Adsorption von_CO2 gezeigt hat und das Porenfenster viel größer als der kinetische Durchmesser von_CO2 ist. Darüber hinaus wurde in dem System kein Druckabfall beobachtet, was auch erwartet wurde, da Zeolith 13X in seiner pelletierten Form analysiert wurde.

Abbildung 2 zeigt die Isotherme, die bei der Lösung der Durchbruchsgleichung entsteht, und
, wo die adsorbierte Gesamtmenge für jede Durchbruchsmessung aufgetragen ist. Tabelle 1 zeigt auch die
adsorbierten Mengen bei jedem Druck.

Schlussfolgerungen

Zeolith 13X ist ein wirksames_{CO2-Adsorptionsmittel} bei atmosphärischem Druck und hohem Druck. Zeolith 13X zeigte eine_{CO2-Adsorptionskapazität} von 15 mmol/g bei 10 bar Gesamtdruck. Während der gesamten Durchbruchsmessungen zeigte es nur einen geringen bis gar keinen Druckabfall und keine Einschränkungen des Stofftransfers, wie aus den scharfen Durchbruchskurven ersichtlich ist.