Влияние модификации ионами Li+ на сорбционную активность цеолита NaX по отношению к компонентам водородсодержащих газовых смесей

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Целью работы является выявление зависимости физико-химических характеристик цеолита NаХ от условий ионообменного модифицирования в растворах LiCl, в том числе сорбционной активности модифицированных образцов в отношении CO и CH4. Химический состав цеолита оценивали на основе данных ИК-Фурье-спектроскопии, структуру определяли методом рентгенофазового анализа, удельную поверхность — многоточечным методом Брунауэра–Эммета–Теллера по изотерме адсорбции N2 при температуре 77 K. Распределение пор по размерам, удельный объем микропор, мезопор и суммарный объем пор определяли на основании модели нелокализованной теории функционала плотности. Изотермы адсорбции газов (СO, CH4 и Н2) получены на сорбционном газоанализаторе высокого давления при температуре 313 K. Проанализировано влияние условий ионного обмена (концентрация LiCl, кратность обработки, температура высушивания материала) на значения удельной поверхности, параметры пористости экспериментальных образцов и характер изотерм адсорбции H2, CO
и CH4 на них. Показана возможность увеличения сорбционной емкости цеолита NaХ по отношению к CO и CH4 на 18 и 28% соответственно при снижении поглощения H2 за счет ионообменной модификации.

About the authors

M. S. Temnov

Tambov State Technical University

392000, Tambov, Soviet St., 106/5, room 2

K. I. Meronyuk

Tambov State Technical University

392000, Tambov, Soviet St., 106/5, room 2

V. B. Usachev

Protvino Branch of JSC "NII NPO 'LUTCH'"

142281, Moscow region, Protvino, Railway St., 5

E. I. Akulin

Tambov State Technical University

392000, Tambov, Soviet St., 106/5, room 2

S. I. Dvoretsky

Tambov State Technical University

392000, Tambov, Soviet St., 106/5, room 2

E. N. Tugolukov

Tambov State Technical University

392000, Tambov, Soviet St., 106/5, room 2

T. P. D'yachkova

Tambov State Technical University

392000, Tambov, Soviet St., 106/5, room 2

D. S. Dvoretsky

Tambov State Technical University

Email: dvoretsky@yahoo.com
392000, Tambov, Soviet St., 106/5, room 2

References

  1. Grube T., Hohlein B. Costs of making hydrogen available in supply systems based on renewables // Hydrogen and fuel cell. Heidelberg: Springer, 2016. P. 223–237. https://doi.org/10.1007/978-3-662-44972-1_13
  2. Shabbani H. J. K., Othman M. R., Al-Janabi S. K., Barron A. R., Helwani Z. H2 purification employing pressure swing adsorption process: Parametric and bibliometric review // Int. J. Hydrog. Energy. 2024. V. 50. P. 674–699. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.11.069
  3. Zhang N., Hu S., Xin Q. Optimization of pressure swing adsorption in a three-layered bed for hydrogen purification using machine learning model // Sci. Rep. 2025. V. 15. ID e14193. https://doi.org/10.1038/s41598-025-97139-4
  4. Yang T., Yang Z., Li C., Tong L., Chen B., Li X., Yuan Y., Yuan C., Xiao J. Hydrogen purification performance of pressure swing adsorption in coal-derived activated carbon/zeolite 13X layered bed // Appl. Sci. 2025. V. 15. N 10. ID e5505. https://doi.org/10.3390/app15105505
  5. Li C., Luo H., Yuan Y., Tong L., Chen B., Yang T., Yuan C., Chahine R., Xiao J. Equilibrium and dynamic adsorption characteristics of zeolite 5A, LiX, 13X and MOF UTSA-16 adsorbents for hydrogen purification // Int. J. Hydrog. Energy. 2025. V. 140. P. 889–899. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.04.022
  6. Armbruster T., Gunter M. E. Crystal structure of natural zeolites // Rev. Mineral. Geochem. 2001. V. 45. N 1. P. 1–67. https://doi.org/10.2138/rmg.2001.45.1
  7. Brea P., Delgado J. A., Águeda V. I., Gutiérrez P., Uguina M. A. Multicomponent adsorption of H2, CH4, CO and CO2 in zeolites NaX, CaX and MgX. Evaluation of performance in PSA cycles for hydrogen purification // Micropor. Mesopor. Mater. 2019. V. 286. P. 187–198. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2019.05.021
  8. Barrett P. A., Stephenson N. A. Adsorption properties of zeolites // Zeolites and Ordered Porous Solids. 2011. V. 149. P. 149–181.
  9. Sanchez C. M., Pérez-Pariente J. Zeolites and ordered porous solids: Fundamentals and applications. Valencia: Editorial Universitat Politècnica de València, 2011. P. 178–179.
  10. Devasia G., Kumar R., Vaval N., Krishnamurty S. Insights into adsorption of various gases on extra-framework cations of zeolite: A dispersion corrected DFT study on zeolite cluster models with Li+, Na+ and K+ charge compensating ions // Micropor. Mesopor. Mater. 2023. V. 361. ID 112739. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2023.112739
  11. Jin Y., Xu Q., Zheng F., Lu J. Enhancement in CO2 adsorption by zeolite synthesized from co-combustion ash of coal and rice husk modified with lithium ion // J. Energy Inst. 2023. V. 110. ID 101348. https://doi.org/10.1016/j.joei.2023.101348
  12. Shrotri A. R., Birje A. R., Niphadkar P. S., Bokade V. V., Mali N. A., Nandanwar S. U. Performance of Li exchange hierarchical X zeolite for CO2 adsorption and H2 separation // J. Ind. Eng. Chem. 2024. V. 133. P. 505–514. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2023.12.027
  13. Shrotri A. R., Birje A. R., Nandanwar S. U. Pressure swing adsorption of Li exchange hierarchical X zeolite for pure hydrogen from binary gas mixture // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 73. P. 138–147. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.06.011
  14. Кульпина Ю. Н., Прокофьев В. Ю., Гордина Н. Е., Петухова Н. В., Газахова С. И. Использование ИК-спектроскопии для изучения структуры низкомодульных цеолитов // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. № 5. С. 44–50. https://doi.org/10.6060/tcct.2017605.5405
  15. Nibou D., Mekatel H., Amokrane S., Barkat M., Trari M. Adsorption of Zn2+ ions onto NaA and NaX zeolites: Kinetic, equilibrium and thermodynamic studies // J. Hazard. Mater. 2010. V. 173. N 1–3. P. 637–646. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.08.132
  16. Joshi U. D., Joshi P. N., Tamhankar S. S., Joshi V. V., Rode C. V., Shiralkar V. P. Effect of nonframework cations and crystallinity on the basicity of NaX zeolites // Appl. Catal. A. 2003. V. 239. N 1–2. P. 209–220. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(02)00391-5
  17. Lai P. P., Rees L. V. C. Szilard–Chalmers cation recoil studies in zeolites X and Y. Part 1. Ion exchange in zeolites X and Y // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1. 1976. V. 72. P. 1809–1817. https://doi.org/10.1039/F19767201827

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences