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　　活性炭吸附氯化氫-燃料電池應(yīng)用，在固體氧化物燃料電池的應(yīng)用中帶有氯化氫和硫化氫的氣體會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生影響，所以氣體凈化是非常有必要的。使用吸附劑凈化氣體是一種非常適用的方法，本期我們?cè)诹魇焦潭ǚ磻?yīng)器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以分析幾種活性炭和改性活性炭與其他吸附劑的吸附容量。用浸漬的活性炭和金屬氧化物吸附劑完成氯化氫和硫化氫的去除。

　　燃料電池的主要應(yīng)用是固定電力設(shè)備，這包括用作車(chē)輛動(dòng)力的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，用作航天器(質(zhì)子交換膜燃料電池)的車(chē)載電力或其他封閉環(huán)境。固體氧化物燃料電池一般使用沼氣來(lái)轉(zhuǎn)化電能，但是沼氣中會(huì)帶有氯化氫會(huì)導(dǎo)致脆弱的發(fā)電組件腐蝕，氯化氫是沼氣原料中的主要燃料雜質(zhì)之一，為了固體氧化物燃料電池的成功運(yùn)行，應(yīng)將其去除到一定程度?；钚蕴恐荒芪揭徊糠值穆然瘹?，所以我們這次使用的活性炭是經(jīng)過(guò)改性的。

　　活性炭吸附劑實(shí)驗(yàn)測(cè)試

　　碳酸鉀浸漬的活性炭和其他混合物的兩種吸附劑的物理特性。高揮發(fā)性和有害物質(zhì)，如硫化氫和氯化氫僅在很小程度上吸附在活性炭上。因此，純物理吸附過(guò)程是不可行的。這些污染物需要通過(guò)化學(xué)吸附來(lái)除去，這種相互作用比物理吸附強(qiáng)得多。相互作用是一種真正的化學(xué)鍵，其中電子在氣體和固體表面之間共存。如果在溫度和壓力條件有利的情況下在所有表面上發(fā)生物理吸附，則化學(xué)吸附僅發(fā)生在某些表面上并且僅在這些表面無(wú)其他吸附物時(shí)才發(fā)生。當(dāng)吸附物不再與表面直接接觸時(shí)，化學(xué)吸附停止。因此，它是單層過(guò)程。通常，物理吸附和化學(xué)吸附同樣快。吸附中的速率決定步驟不是吸附本身。通過(guò)圍繞顆粒的邊界層的質(zhì)量傳遞以及活性炭孔隙中的質(zhì)量傳遞形成速率確定步驟。

　　為了分析氯化氫對(duì)活性炭吸附容量的影響，使用具有100和1000ppmv氯化氫含量的測(cè)試氣體與氮?dú)馄胶?。將這些氣體混合并裝瓶。經(jīng)混合的測(cè)試氣體的相對(duì)測(cè)量不確定度為3%。這意味著對(duì)于1000ppmv氯化氫氣體混合物，100ppmv氯化氫氣體混合物的準(zhǔn)確度為3和30ppmv。為了研究氯化氫和硫化氫的同時(shí)吸附，使用具有100ppmv氯化氫和200ppmv硫化氫的氣體混合物。

　　測(cè)試程序

　　使用碳酸鉀浸漬的活性炭和其他混合物的兩種吸附劑進(jìn)行變化類(lèi)型的試驗(yàn)。將測(cè)試氣體混合物通過(guò)玻璃制吸附器和氣體洗滌瓶，同時(shí)以30秒的時(shí)間步長(zhǎng)監(jiān)測(cè)氣體洗滌瓶中去離子水中的pH值。根據(jù)以下程序進(jìn)行典型的測(cè)試：校準(zhǔn)包括pH電極的pH計(jì)，將測(cè)量的活性炭和其他混合物吸附劑添加到吸附器中和150ml用安裝了pH電極的去離子水添加到氣體洗滌瓶中。連接所有管道后，通過(guò)氮?dú)鈾z查所有儀器的密封性。在得到數(shù)據(jù)記錄之后，將測(cè)試氣體混合物輸送到吸附器中。連續(xù)測(cè)量pH值，每30秒記錄一次。在pH值降至3以下后停止試驗(yàn)。之后，基于pH值變化計(jì)算在試運(yùn)行時(shí)通過(guò)吸附器的氯化氫的量。

　　圖1a顯示了在上述的試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯?，在22分鐘后，氣體洗滌瓶中的pH值降至3以下，而在反應(yīng)器中不使用活性炭吸附劑樣品。用活化的氧化鋁樣品裝載反應(yīng)器分別產(chǎn)生66和71分鐘的穿透時(shí)間。用浸漬的活性炭實(shí)現(xiàn)了最佳性能，即氯化氫吸附容量為0.0288g/g。將氣體流速提高所取得的結(jié)果如圖1b所示。要進(jìn)行的第一次試驗(yàn)是在反應(yīng)器中沒(méi)有活性炭吸附劑負(fù)載，并且在12分鐘后氣體洗滌瓶中去離子水的pH值降至3以下。對(duì)于浸漬的活性炭，氯化氫吸附容量從0.0288g/g降低至0.0172g/g。

　　圖1、活性炭對(duì)氯化氫的吸附性能。反應(yīng)溫度20°C，氯化氫入口濃度1000ppmv，顆粒大小3-4毫米。

　　除了氣時(shí)空速和入口濃度外，活性炭吸附劑顆粒尺寸是影響吸附性能的參數(shù)之一。在吸附裝置的設(shè)計(jì)中，它是一個(gè)限制因素，因?yàn)槌搜b置大小外，顆粒尺寸對(duì)于壓降是決定性的。

　　必須將沼氣中的氯化氫去除到一定水平，以確保固體燃料電池的無(wú)故障運(yùn)行。研究了碳酸鉀浸漬活性炭的吸附性能。計(jì)算了氯化氫吸收量，即活性炭的利用程度的值。在不同的氣時(shí)空速，入口濃度和粒徑下研究了氯化氫的吸附容量。在使用活性炭的低溫氯化氫吸附的這項(xiàng)測(cè)試中得出以下結(jié)論：

　　1、活性炭的氯化氫吸附能力取決于反應(yīng)器中進(jìn)料氣體和活性炭之間的接觸時(shí)間。氣時(shí)空速越高，接觸時(shí)間越短，活性炭吸附性能下降?；钚蕴繕悠吩跉鈺r(shí)空速8000h -1時(shí)獲得了最佳結(jié)果。將氣時(shí)空速增加至16000h -1對(duì)活性炭具有一定的影響。

　　2、在氣時(shí)空速16000h -1下進(jìn)行的試驗(yàn)運(yùn)行中，將活性炭顆粒粉碎成500至1000微米之間的顆粒會(huì)使氯化氫的吸附量加倍。從技術(shù)上講，粉碎活性炭顆粒增加了接觸面積，這應(yīng)該會(huì)帶來(lái)好的效果，然而較小的顆粒，擴(kuò)散路徑較短。然而，在8000h -1的氣時(shí)空速下進(jìn)行的測(cè)試并未證實(shí)該理論?；钚蕴?jī)H通過(guò)壓碎顆粒獲得了最小的益處。這背后的原因可能是將活性炭壓碎成顆粒破壞了大孔隙。

　　3、增加氯化氫的入口濃度導(dǎo)致以下發(fā)現(xiàn)：由于濃度梯度增加，可以實(shí)現(xiàn)活性炭多吸附15%的氯化氫，這是吸附分離的驅(qū)動(dòng)力。另外，當(dāng)氯化氫入口濃度從100增加到1000ppmv時(shí)，測(cè)試運(yùn)行時(shí)間幾乎減少了10倍。換句話(huà)說(shuō)，原料氣體的更多的氯化氫分子會(huì)導(dǎo)致活性炭上的游離吸附位點(diǎn)更快地飽和。

　　4、磷酸鉀能夠吸附氯化氫和硫化氫，由于熱力學(xué)系統(tǒng)力求最小的自由能，因此優(yōu)選吸附具有較高鍵合能的組分。以8000h -1和16000h -1的空速進(jìn)行的兩次試驗(yàn)證實(shí)了用浸漬的活性炭同時(shí)吸附的可能性。