活性炭對(duì)甲苯的吸附試驗(yàn)

　　甲苯是一種由工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的有毒有害氣體。活性炭吸附甲苯氣體是一種經(jīng)濟(jì)可行的去除方法。在本研究中，我們采用兩種方法制造改性活性炭，并研究了改性活性炭的吸附性能。

　　揮發(fā)性有機(jī)化合物由石化、有機(jī)化學(xué)、涂料等工業(yè)生產(chǎn)(VOCs)環(huán)境破壞是由臭氧層的部分破壞造成的。活性炭吸附已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)化學(xué)設(shè)施中的低濃度VOC的處理。具有大比表面積、致密孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異吸附性能的活性炭已被用來(lái)去除VOC的好選擇?？蓪?duì)活性炭進(jìn)行改性，提高其結(jié)構(gòu)性能，從而提高其吸附性能。改變活性炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)的方法主要包括物理、化學(xué)和這兩種方法的結(jié)合?；钚蕴康谋缺砻娣e可以通過(guò)改性大大精細(xì)的孔結(jié)構(gòu)。表面化學(xué)改性可以通過(guò)加載與目標(biāo)吸附物相對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)來(lái)增強(qiáng)活性炭的吸附性能，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。

　　活性炭的熱化合物改性

　　將預(yù)處理的活性炭放入真空管中，從管道側(cè)面進(jìn)入99%氮?dú)?流速為15L/h)，活性炭在所得管式爐中熱處理60分鐘。溫度控制在260-600攝氏度。樣品表示活性炭-N。樣品活性炭-N置于200mL1mol·L-1的硝酸(HNO 3)溶液作為改性溶液，在70攝氏度溫度下處理24小時(shí)，用去離子水中和過(guò)濾，在100攝氏度溫度下干燥24小時(shí)。所得樣品用活性炭-HNO表示。

　　熱化合物在高重力下改性

　　高重力環(huán)境下活性炭的熱化合物改性。將100g以活性炭為填料層，9000r/min速度操作300分鐘，99%氮?dú)馔ㄟ^(guò)入口?；钚蕴勘硎净钚蕴?RPB-N。原始活性炭和活性炭-RPB-N用1mol·L-1HNO 3在70攝氏度，流速40L·min-1，轉(zhuǎn)速36.3Hz改性。處理后，用去離子水沖洗后，將兩個(gè)樣品在110℃的真空烘箱中干燥24小時(shí)，并分別表示為活性炭-RPB-HNO和活性炭-RPB-N-HNO。

　　在高重力物理改性過(guò)程中，氮分布不再是從頂部到底部的單一流動(dòng)，而是通過(guò)各個(gè)方向的對(duì)流輸送到活性炭。與活性炭接觸后，氮產(chǎn)生新的微孔，挖掘現(xiàn)有的吸附通道。因此，它增加了它們的表面積和孔容量。簡(jiǎn)化原理圖如圖1所示。

　　氮和硝酸改性在正常和高重力環(huán)境中的示意圖。

　　實(shí)驗(yàn)研究活性炭吸附性能

　　研究了活性炭在吸附柱中吸附甲苯的能力。活性炭用量為10g，氣體發(fā)生器產(chǎn)生吸附質(zhì)甲苯氣體?；钚蕴课叫阅艿臄?shù)據(jù)是通過(guò)測(cè)量吸附前后甲苯的濃度來(lái)獲得的。實(shí)驗(yàn)吸附裝置的流程圖如圖2所示。甲苯氣體與氮?dú)饣旌?，然后吸附在恒溫吸附塔中。通過(guò)在線FID檢測(cè)器測(cè)量吸附前后的甲苯含量，并通過(guò)流量計(jì)控制甲苯流量。當(dāng)脫氣和入口濃度在30分鐘內(nèi)保持一致時(shí)，認(rèn)為吸附平衡已經(jīng)達(dá)到。通過(guò)廢氣出口排出吸附氣體。

　　實(shí)驗(yàn)吸附流動(dòng)圖。

　　幾種活性炭對(duì)甲苯的吸附性能比較

　　不同活性炭上甲苯的穿透曲線和吸附等溫曲線如圖3所示和4所示。不同活性炭的吸附率從高到低依次為：活性炭-RPB-N-HNO>活性炭-RPB-HNO>活性炭-HNO>活性炭-RPB-N>活性炭-N>原始活性炭。吸附率越大，滲透時(shí)間越長(zhǎng)，這與活性炭的復(fù)雜孔徑分布和表面官能團(tuán)的數(shù)量有關(guān)。高溫氮?dú)庵谢钚蕴康奈⒖左w積增加，增加了活性炭通道的內(nèi)孔體積。在高重力氮?dú)猸h(huán)境中，不利于甲苯吸收的原始活性炭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被重新分配并分裂成新的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加了突破時(shí)間。HNO 在高重力環(huán)境下，3處理活性炭的突破時(shí)間大于改性HNO 改性活性炭浸泡。這是因?yàn)镠NO 在分散的小液滴中，增加了與活性炭表面和內(nèi)部接觸的可能性，進(jìn)而增加了活性炭上含氧官能團(tuán)的負(fù)荷，提高了其吸附效率。在重力作用下，復(fù)合改性活性炭具有較長(zhǎng)的穿透時(shí)間和較大的吸附率，因?yàn)槲锢砀男栽黾恿吮缺砻娣e，增加了孔體積分布，而化學(xué)改性增加了表面氧基團(tuán)的數(shù)量。反過(guò)來(lái)，這些特性增強(qiáng)了吸附性。

　　活性炭的突破曲線。

　　等溫曲線吸附活性炭。

　　活性炭在常規(guī)和高重力環(huán)境高重力環(huán)境下進(jìn)行了物理、化學(xué)和化合物改性。研究了甲苯在不同活性炭上的吸附。高重力化合物改性活性炭具有*大的吸附率和容量。還發(fā)現(xiàn)，微孔結(jié)構(gòu)在活性炭吸附甲苯的過(guò)程中起著主導(dǎo)作用。由于化合物的改性，活性炭的優(yōu)異吸附能力增加了有效吸附位點(diǎn)的數(shù)量?；钚蕴?RPB-N-HNO上甲苯表面覆蓋率為51.67%。因此，活性炭在高重力下的復(fù)合改性可以大大提高吸附性能。