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利用吸附存储天然气是一种节能的技术，可用于在低压和室温下储存天然气。通过活性炭吸附储存天然气与液化天然气和压缩天然气技术相比具有多种优势。活性炭是一种吸附材料，在水处理，废气处理，化学净化，气体分离，溶剂回收和储能等方面具有多种应用。利用吸附存储甲烷主要是活性炭在存储和运输中提供了诸如在给定气体密度下降低气体燃料箱的操作压力和在给定压力下增加甲烷存储容量的优点。
用于储存甲烷的活性炭结构
活性炭的复杂结构可以描述为沿随机方向取向的石墨烯层的三维网络，本期我们开发了一个新的微孔结构模型。研究在不同的工艺下得出孔隙率，骨架密度，比表面积和每单位体积之间的结构关系。并测试在室温下活性炭对超临界甲烷的体积储存容量与重量储存容量之间的关系。所提出的活性炭模型考虑了活化程度。完整的活化方法导致单层石墨烯片以随机方向排列。图1显示了活化剂与原材料比为3：1的活性炭扫描透射电子显微镜(STEM)显微照片。进一步的侵蚀性活化导致石墨烯片的尺寸减小和比表面积增加。与无限大的石墨烯片相比，额外的表面积由截断的石墨烯片的边缘位置产生。部分活化方法导致部分活化，石墨烯层和非活化组分的组合导致较低表面积和0.52的粒状孔隙率。
图1：完全活化的活性炭与部分活化活性炭的STEM显微照片。
以前提出的活性炭微孔率模型将表面积和孔隙率作为两个独立变量处理。通过将石墨烯片的长度限制在100和180之间，并通过改变石墨中石墨烯层的平均数量，我们计算孔隙率和比表面积之间的关系。图2显示了孔隙率和表面积之间的关系。
图2：活性炭的比表面积与孔隙率之间的关系。
活性炭的重量与体积与甲烷储存的关系
经过测试发现活性炭的重量过量吸附与比表面积成正比。然而，对于储气应用，重量和体积储存容量是重要的指标。图3图2显示了两种不同的活性炭过量吸附，重量储存容量和体积储存容量与孔隙度的关系。第一个模型将孔隙度和特定表面视为两个独立变量，而第二个模型将它们视为依赖变量。第一个模型表明，过量吸附与孔隙度无关，通过增加孔隙率来增加重量存储容量，而通过增加孔隙率来减小体积存储容量。通过将孔隙率和表面积作为两个因变量处理，重量过量吸附和重量存储容量通过增加孔隙率而增加。
图3：活性炭的重量和体积储存容量之间的关系。
图4显示了两种活性炭的重量和体积存储容量之间的相互依赖性。实验吸附测量与第二模型一致，将孔隙率和表面积作为因变量处理。经过对比活性炭样品的实验性过量吸附，重量储存容量和体积储存容量。图3和图4将理论模型与实验数据进行比较。它表明，所开发的模型是通用的，并预测任何活性炭样品的重量和体积储存容量之间的相互依赖性。结果也适用于金属有机骨架。虽然实验结果比较好的活性炭不具有较高的表面积，但孔隙率在0.65和0.75之间。通过使用化学粘合剂将活性炭粉末压缩成整料，实现了更高的体积储存容量。整体的体积储存容量使用整体式整体密度而不是活性炭的表观密度或金属有机框架材料的单晶密度来计算。
图4：活性炭的体积和重量存储容量在相同条件下之间的相互依赖性。
我们这次开发的微孔度模型，考虑了活性炭中的活化程度。通过结合高分辨率STEM和亚临界氮吸附，研究了孔隙率与比表面积之间的相互依赖性。该模型预测了体积储存容量与室温下超临界甲烷的重量储存容量之间的关系。此外，该模型显示体积储存容量在活性炭为于孔隙率为0.73时，能实现较大的甲烷储存量。
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