在工业过程中,烟道气和天然气中都存在不同量的水蒸气,使得分离纯化混合气过程是在一定湿度条件下进行的。因此,要充分考虑水蒸气对固体吸附剂吸附分离性能的影响,这是本课题研究的重点。活性炭是现阶段普遍使用的吸附剂之一,能在较低温度下可逆吸附大量CO2,且其具有大的比表面积和低的吸附热。分子筛也是一种常见的吸附剂,具有有序的孔道结构,可以选择性吸附小分子。金属有机骨架材料(MOFs)具有大的比表面积和孔容、孔径可调等优点,在气体的分离和储存方面已被广泛应用。本文主要从以下几个方面研究水蒸气共存条件下,几种吸附剂对C02/N2和C02/CH4混合气体吸附分离的影响。1.采用水热合成法合成了两种带有氨基功能团的金属有机骨架材料NH2-MIL-125和NH2-UiO-66。利用体积法测定了在三个不同温度下MOFs材料对C02、CH4和N2的单组分吸附等温线,并采用Langmuir和双位Langmuir吸附模型拟合所得单组分吸附等温线。结果表明,Langmuir或双位Langmuir吸附模型能较好地描述拟合三种单组分气体的吸附行为。再利用穿透柱装置考察C02/CH4和C02/N2双组份混合气分别在NH2-MIL-125和NH2-UiO-66上的吸附分离性能。结果表明,在干燥条件下,当温度一定时混合气的分离效果与压力成正比,而当压力一定时混合气的分离效果与温度成反比,与理想吸附溶液理论(IAST)的预测相一致;在水蒸气共存下,穿透曲线随着水蒸气相对湿度的增大没有发生明显的变化,表明水蒸气对NH2-MIL-125和NH2-UiO-66两种材料分离CO2/CH4和CO2/N2两种混合气体影响不大。基于实验穿透曲线,估算双组份的吸附等温线,结果表明,共存水蒸气对双组份的吸附量也没有明显的变化。2.分别测量低压下CO2、CH4和N2三种单组分气体在13X上的吸附等温线,并采用合适的吸附模型拟合所得单组分气体的吸附行为。再利用穿透柱装置,考察CO2/CH4和CO2/N2在13X上的分离性能。结果表明,干燥条件下,13X对CO2/CH4和CO2/N2有较好的吸附分离性能。水蒸气共存下,随着相对湿度的增大,两种混合气的分离效果逐渐变差。基于实验穿透曲线,估算双组份的吸附等温线,结果表明,CO2在13X分子筛上的吸附量随着相对湿度的增大和循环次数的增加而逐渐减少,说明水蒸气的存在对13X分子筛分离CO2/CH4和CO2/N2有明显的影响。3.活性炭Kurehacarbon是一种疏水性材料,对CO2/CH4和CO2/N2有较好的吸附分离性能。水蒸气共存下,随着水蒸气循环次数的增加,CO2/N2穿透曲线几乎没有明显的影响,展示了 Kurehacarbon在吸附分离CO2的应用前景。