活性炭對甲苯的吸附試驗

　　甲苯是一種由工業(yè)活動產(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)性有機化合物由石化、有機化學、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?；钚蕴课揭褟V泛應用于傳統(tǒng)化學設施中的低濃度VOC的處理。具有大比表面積、致密孔結構和優(yōu)異吸附性能的活性炭已被用來去除VOC的好選擇?？蓪钚蕴窟M行改性，提高其結構性能，從而提高其吸附性能。改變活性炭結構性質(zhì)的方法主要包括物理、化學和這兩種方法的結合?；钚蕴康谋缺砻娣e可以通過改性大大精細的孔結構。表面化學改性可以通過加載與目標吸附物相對應的官能團來增強活性炭的吸附性能，從而促進化學反應。

　　活性炭的熱化合物改性

　　將預處理的活性炭放入真空管中，從管道側面進入99%氮氣(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，用去離子水中和過濾，在100攝氏度溫度下干燥24小時。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%氮氣通過入口。活性炭表示活性炭-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，轉速36.3Hz改性。處理后，用去離子水沖洗后，將兩個樣品在110℃的真空烘箱中干燥24小時，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程中，氮分布不再是從頂部到底部的單一流動，而是通過各個方向的對流輸送到活性炭。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。

　　實驗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?；钚蕴坑昧繛?0g，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)是通過測量吸附前后甲苯的濃度來獲得的。實驗吸附裝置的流程圖如圖2所示。甲苯氣體與氮氣混合，然后吸附在恒溫吸附塔中。通過在線FID檢測器測量吸附前后的甲苯含量，并通過流量計控制甲苯流量。當脫氣和入口濃度在30分鐘內(nèi)保持一致時，認為吸附平衡已經(jīng)達到。通過廢氣出口排出吸附氣體。

　　實驗吸附流動圖。

　　幾種活性炭對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，滲透時間越長，這與活性炭的復雜孔徑分布和表面官能團的數(shù)量有關。高溫氮氣中活性炭的微孔體積增加，增加了活性炭通道的內(nèi)孔體積。在高重力氮氣環(huán)境中，不利于甲苯吸收的原始活性炭的內(nèi)部結構被重新分配并分裂成新的空間結構，進一步增加了突破時間。HNO 在高重力環(huán)境下，3處理活性炭的突破時間大于改性HNO 改性活性炭浸泡。這是因為HNO 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，進而增加了活性炭上含氧官能團的負荷，提高了其吸附效率。在重力作用下，復合改性活性炭具有較長的穿透時間和較大的吸附率，因為物理改性增加了比表面積，增加了孔體積分布，而化學改性增加了表面氧基團的數(shù)量。反過來，這些特性增強了吸附性。

　　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)境下進行了物理、化學和化合物改性。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)，微孔結構在活性炭吸附甲苯的過程中起著主導作用。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合改性可以大大提高吸附性能。