微波法离子交换改性ZSM-5分子筛富集乏风瓦斯研究

庞宏; 郭晋辉; 赵冬; 毕文慧; 刘庆; 梁鹏

doi:10.16452/j.cnki.sdkjzk.2025.06.008

山东科技大学学报（自然科学版） ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (6) : 86 -94. DOI: 10.16452/j.cnki.sdkjzk.2025.06.008

微波法离子交换改性ZSM-5分子筛富集乏风瓦斯研究

庞宏, 郭晋辉, 赵冬, 毕文慧, 刘庆, 梁鹏

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摘要

煤矿乏风是目前最大的工业甲烷排放源，开展乏风瓦斯分离与富集技术研究是双碳背景下我国面临的紧迫任务。ZSM-5沸石分子筛材料具有比表面积高、孔道均一、表面势能均匀等优势，本研究采用微波法对ZSM-5分子筛进行快速离子交换改性，通过调节分子筛空腔的表面吸附势能和孔道尺寸，显著提高了乏风瓦斯富集性能。研究发现，ZSM-5分子筛的Na⁺离子具有较低的电负性，不利于CH₄吸附；通过离子交换引入二价碱土金属离子(Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺或Ba²⁺),可使孔径更接近CH₄的动力学直径。Sr改性的吸附剂（ZSM-5-Sr-0.10）显示出最好的吸附富集效果，可将甲烷浓度从0.38%浓缩至0.97%,是一种极具潜力的乏风瓦斯提浓吸附剂。