·446 工程科学学报，第39卷，第3期 表4炭化过程中样品孔结构的变化 Table 4 Variation of pore structure during carbonization 升温速率/ 炭化终温/ 恒温时间/ 比表面积/ 微孔体积/ 总孔体积/ 最可几孔径/ 试样 (℃minl) ℃ min (m2g1) (cm3.g-1) (em2.g-1) nm 椰壳炭 10 500 30 36 0.005 0.024 5 820 30 268 0.116 0.173 0.60 10 820 30 274 0.118 0.178 0.60 小 820 功 313 0.132 0.189 0.62 10 780 30 293 0.129 0.179 0.79 10 800 30 279 0.121 0.179 0.60 成型样 10 820 30 274 0.118 0.178 0.60 炭化物 10 840 30 240 0.101 0.160 0.59 10 860 30 226 0.093 0.146 0.60 g 800 30 279 0.121 0.179 0.62 10 800 60 279 0.121 0.179 0.63 10 800 90 267 0.115 0.172 0.59 10 800 120 263 0.113 0.170 0.60 表5活化过程中样品孔结构的变化 Table 5 Variation of pore structure during activation 活化剂流率/ 活化时间 比表面积/ 微孔体积/ 总孔体积/ 烧失率/% R/% (mL.min-1) min (m2.g-1) (cm3.g-1) (cm3.g-1) 500 90 6.9 514 0.222 0.265 83.4 1500 90 14.1 615 0.278 0.336 82.7 500 240 15.7 669 0.291 0.354 82.2 流率500mL·minl,活化时间90min制备出的样品作 表6一步沉积时间对炭分子筛空分性能影响 为沉积原料. Table 6 Effect of one-step deposition time on air separation capability of 表6为不同一步碳沉积时间所得样品的变压吸附 CMSs 空分性能评价结果.采用的沉积温度为770℃，载气 产品气N2 脱附气 一步沉积增重率/ 充压 流量200 mLmin1,其中苯摩尔分数为18.0%.与未 体积分数/ 最高O2体脱附 时间/min % 时间/s 沉积样品（沉积时间为0）相比，一次沉积后样品空分 % 积分数/% 气量L 性能明显改善.随着沉积时间的延长，样品增重率增 0 0 79.2 >65 21.3 4.48 加，反映出沉积炭量随着沉积时间延长而增大：产品气 30 0.88 79.8 >65 21.6 4.41 N2浓度、脱附气最高02浓度、脱附气量（双塔5个周 60 3.72 87.6 >65 23.1 4.88 期总量)都呈现先增大再减小的趋势，产品气N2浓度 90 5.27 96.0 62 33.1 5.26 和脱附气量同时在90min达到最大.这表明在一步沉 100 5.47 91.7 52.7 1.40 积初始阶段，苯在微孔孔口处裂解积炭使孔口尺寸减 120 5.74 81.5 11 23.7 0.16 小，有效容积增加，此时O,能快速的进入孔隙中而N, 的扩散受到限制，因而提高了0O2N2的吸附选择性，表 为实现碳沉积的精确控制，对90min一步沉积样 现为在沉积时间0~90min样品产品气N2浓度的提高 品进行二步碳沉积.沉积条件为：沉积温度770℃，载 和脱附气0，浓度也提高，同时，脱附气量增加.随着 气流量200mL·min1,其中苯摩尔分数为10.0%.实 沉积时间进一步增加，脱附气量急剧减少，表明苯沉积 验结果见表7.可看出，对于二步沉积时间在0~60 过量致孔口缩小，以致0，也难以进入微孔，有效微孔 min的炭分子筛，其变压吸附产品气N2浓度随着二步 容积快速降低.再延长沉积时间，导致具有吸附作用 沉积时间的增加而呈现先增大后减小的趋势，并于30 的孔隙几乎完全堵塞，表现为120min的沉积产物几乎 min时达到最大，二步沉积样品产品气N2浓度变化规 没有空分能力 律与一步沉积规律相似.脱附气量随二步沉积时间的工程科学学报，第 39 卷，第 3 期 表 4 炭化过程中样品孔结构的变化 Table 4 Variation of pore structure during carbonization 试样 升温速率/ ( ℃·min － 1 ) 炭化终温/ ℃ 恒温时间/ min 比表面积/ ( m2 ·g － 1 ) 微孔体积/ ( cm3 ·g － 1 ) 总孔体积/ ( cm3 ·g － 1 ) 最可几孔径/ nm 椰壳炭 10 500 30 36 0. 005 0. 024 — 5 820 30 268 0. 116 0. 173 0. 60 10 820 30 274 0. 118 0. 178 0. 60 15 820 30 313 0. 132 0. 189 0. 62 10 780 30 293 0. 129 0. 179 0. 79 10 800 30 279 0. 121 0. 179 0. 60 成型样 10 820 30 274 0. 118 0. 178 0. 60 炭化物 10 840 30 240 0. 101 0. 160 0. 59 10 860 30 226 0. 093 0. 146 0. 60 10 800 30 279 0. 121 0. 179 0. 62 10 800 60 279 0. 121 0. 179 0. 63 10 800 90 267 0. 115 0. 172 0. 59 10 800 120 263 0. 113 0. 170 0. 60 表 5 活化过程中样品孔结构的变化 Table 5 Variation of pore structure during activation 活化剂流率/ ( mL·min － 1 ) 活化时间/ min 烧失率/% 比表面积/ ( m2 ·g － 1 ) 微孔体积/ ( cm3 ·g － 1 ) 总孔体积/ ( cm3 ·g － 1 ) Ｒ /% 500 90 6. 9 514 0. 222 0. 265 83. 4 1500 90 14. 1 615 0. 278 0. 336 82. 7 500 240 15. 7 669 0. 291 0. 354 82. 2 流率 500 mL·min － 1，活化时间 90 min 制备出的样品作 为沉积原料． 表 6 为不同一步碳沉积时间所得样品的变压吸附 空分性能评价结果． 采用的沉积温度为 770 ℃，载气 流量 200 mL·min － 1，其中苯摩尔分数为 18. 0% ． 与未 沉积样品( 沉积时间为 0) 相比，一次沉积后样品空分 性能明显改善． 随着沉积时间的延长，样品增重率增 加，反映出沉积炭量随着沉积时间延长而增大; 产品气 N2 浓度、脱附气最高 O2 浓度、脱附气量( 双塔 5 个周 期总量) 都呈现先增大再减小的趋势，产品气 N2 浓度 和脱附气量同时在 90 min 达到最大． 这表明在一步沉 积初始阶段，苯在微孔孔口处裂解积炭使孔口尺寸减 小，有效容积增加，此时 O2 能快速的进入孔隙中而 N2 的扩散受到限制，因而提高了 O2 /N2 的吸附选择性，表 现为在沉积时间 0 ～ 90 min 样品产品气 N2 浓度的提高 和脱附气 O2 浓度也提高，同时，脱附气量增加． 随着 沉积时间进一步增加，脱附气量急剧减少，表明苯沉积 过量致孔口缩小，以致 O2 也难以进入微孔，有效微孔 容积快速降低． 再延长沉积时间，导致具有吸附作用 的孔隙几乎完全堵塞，表现为 120 min 的沉积产物几乎 没有空分能力． 表 6 一步沉积时间对炭分子筛空分性能影响 Table 6 Effect of one-step deposition time on air separation capability of CMSs 一步沉积 时间/min 增重率/ % 产品气 N2 体积分数/ % 充压 时间/ s 脱附气 最高 O2 体 积分数/% 脱附 气量/L 0 0 79. 2 ＞ 65 21. 3 4. 48 30 0. 88 79. 8 ＞ 65 21. 6 4. 41 60 3. 72 87. 6 ＞ 65 23. 1 4. 88 90 5. 27 96. 0 62 33. 1 5. 26 100 5. 47 91. 7 13 52. 7 1. 40 120 5. 74 81. 5 11 23. 7 0. 16 为实现碳沉积的精确控制，对 90 min 一步沉积样 品进行二步碳沉积． 沉积条件为: 沉积温度 770 ℃，载 气流量 200 mL·min － 1，其中苯摩尔分数为 10. 0% ． 实 验结果见表 7． 可看出，对于二步沉积时间在 0 ～ 60 min 的炭分子筛，其变压吸附产品气 N2 浓度随着二步 沉积时间的增加而呈现先增大后减小的趋势，并于 30 min 时达到最大，二步沉积样品产品气 N2 浓度变化规 律与一步沉积规律相似． 脱附气量随二步沉积时间的 · 644 ·