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?;钚蕴课揭褟V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去除VOC的好選擇。可對(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可以通過改性大大精細(xì)的孔結(jié)構(gòu)。表面化學(xué)改性可以通過加載與目標(biāo)吸附物相對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)來增強(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^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(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程中,氮分布不再是從頂部到底部的單一流動(dòng),而是通過各個(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?;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(cè)量吸附前后甲苯的濃度來獲得的。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。通過在線FID檢測(cè)器測(cè)量吸附前后的甲苯含量,并通過流量計(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,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。反過來,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。
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