Introduction
Avec la sortie des logiciels MicroActive V6.0 et 3Flex V6.0, les prédictions d'adsorption multicomposants utilisant la théorie de la solution adsorbée idéale (IAST) ont été ajoutées. L'IAST est une technique prédictive développée par Myers et Prausnitz en 1965. Elle est utilisée pour prédire le comportement de l'adsorption de gaz mixtes à partir d'isothermes de composants uniques. Cette première version d'IAST sur V6.0 peut être utilisée pour prédire l'adsorption binaire. IAST s'est avéré être en bon accord pour une variété de systèmes binaires, y compris les mélanges de méthane/éthane dans le carbone BPL, les mélanges Xe/Kr dans la zéolithe NaA, et les mélanges propane/propylène dans HKUST-1 (Furmaniak, et. al., pccp, 2015).
L'IAST repose sur plusieurs hypothèses décrites dans le manuscrit original, qui sont énumérées à l'adresse
ci-dessous (Myers, Prausnitz, AIChE Journal, 1965).
- La surface de l'adsorbant est hétérogène. Les surfaces homogènes sont susceptibles de s'écarter du comportement idéal.
- Les adsorbants sont non réactifs et de taille et de forme similaires.
- Les isothermes des composants purs doivent être mesurés avec précision lorsque la couverture de surface est faible, car l'intégration de la pression d'étalement est sensible à cette partie de l'isotherme des composants purs.
Expérimental
Les calculs IAST peuvent être effectués dans MicroActive en sélectionnant Reports puis OpenNotebook. Si vous créez un nouveau carnet, saisissez un nom et appuyez sur Open. Le système affichera une invite indiquant que le nom de fichier choisi n'existe pas et demandera s'il faut créer ce fichier. Après avoir procédé à la création du fichier, l'écran de sélection du rapport apparaît et permet de sélectionner IAST CompositionReports pour ouvrir le modèle de rapport IAST. Dans la fenêtre de rapport IAST, il est possible de sélectionner jusqu'à deux isothermes pour l'IAST. Les modèles d'isothermes suivants sont également disponibles : VTTE, Sips, Langmuir, Dual Site Langmuir, Toth et Redlich Peterson. Choisissez le modèle approprié, cliquez sur Save, puis appuyez sur Preview pour générer le rapport. Dans cette note, trois carbones microporeux ont été sélectionnés pour démontrer les nouvelles fonctionnalités IAST de MicroActive. Les trois carbones utilisés dans cette étude sont les suivants : Carboxen 1018, Carboxen 1021 et Carbosieve S-III. Les échantillons ont été analysés sur le 3Flex pour l'adsorption de CO2, CH4 et C2H6. Avant l'analyse, les échantillons ont été activés sur un SmartVac Prep en les chauffant à 250 °C sous vide pendant 10 heures. Après activation, les échantillons ont été analysés pour chaque gaz. Les analyses de percée ont été effectuées sur le Micromeritics BTA. Les échantillons ont été activés sous flux d'azote tout en étant chauffés à 250 °C pendant une nuit. Les mesures de percée binaire ont été effectuées à l'aide d'un mélange de gaz composé de mélanges 50:50 de CO2-CH4, CO2-C2H6 et CH4-C2H6. L'azote a été utilisé comme gaz porteur et l'argon comme gaz traceur pour déterminer le début de l'expérience de percée
Résultats
Analyse d'un seul composant à l'aide de 3Flex
Les résultats des isothermes d'un seul composant pour les trois matériaux : Carboxen 1018, Carboxen1021 et Carbosieve S-III sont présentés dans les figures 1, 2 et 3 ci-dessous.
Les résultats pour le Carboxen 1018 sont présentés dans la figure 1. L'éthane a montré une forte affinité à basse pression, mais une capacité inférieure à celle duCO2 à 1000 mbar. À 1000 mbar, la capacité d'adsorption duCO2 était de 55 cm3/g STP, tandis que l'éthane atteignait une capacité de 40 cm3/g STP. Le méthane était l'espèce adsorbante la plus faible, atteignant une capacité de 15 cm3/g STP.
Figure 1. Isothermes de Carboxen 1018 pour leCO2 (orange), le CH4 (bleu) et le C2H6 (vert).
Carboxen 1021 a affiché une tendance similaire à celle de Carboxen 1018 ; cependant, la capacité adsorbée à 1000 mbar était similaire entre l'éthane (58 cm3/g STP) et leCO2 (55 cm3/g STP). Une fois de plus, l'adsorption de méthane était la plus faible à 1000 mbar, atteignant seulement 24 cm3/g STP.
Figure 2. Isothermes de Carboxen 1021 pour leCO2 (orange), le CH4 (bleu) et le C2H6 (vert).
Le carbosieve S-III a montré la plus forte affinité pour l'éthane, atteignant une capacité d'adsorption de 90 cm3/g STP à 1000 mbar. LeCO2 a été adsorbé en deuxième position (74 cm3/g STP), suivi par le méthane (33 cm3/g STP).
