甲苯在活性炭纤维上的吸附与脱附研究

《甲苯在活性炭纤维上的吸附与脱附研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、甲苯在活性炭纤维上的吸附与脱附研究摘要：研究了新型高效吸附材料活性炭纤维（ACF）对甲苯废气的吸附及再生的效果。利用GC-900气相色谱分析仪检测甲苯的浓度，通过实验研究甲苯在活性炭上的吸附与脱附。实验结果表明，用该工艺处理的甲苯废气可以达标排放，实验对工业实际应用具有一定的指导意义。关键词：活性炭纤维有机废气吸附再生　　废气治理是大气污染控制过程中的一个重要环节。有机挥发性气体广泛存在于工业和家庭设施中，不仅给工农业生产造成影响，而且对人体的健康也有极大的危害。空气中挥发性有机物(VOCs)是石油、化工和一些轻工业如制药、印刷、涂料、制鞋、玩具等行业在生产中产生的最

2、常见的污染物。一些则是剧毒物质，如某些树脂、含氯化合物(氯乙烯等)、有机磷化合物等；更多的是毒性较小的VOCs，如醛、酮、烷烃、苯环系列及其衍生物等，长时暴露在这些物质污染的环境中就会引起中毒事故，严重的导致终身伤残，甚至致死[1]。VOCs的污染防治问题逐渐受到重视，引进国外治理设备存在投资大、运行成本高的问题，国内传统工艺存在技术落后、运行不稳定、效率低的问题，因此亟待研究开发新的治理工艺。　　吸附法作为处理有机废气的应用最为广泛，以其去除率高、净化彻底、能耗低等特性越来越受到人们的关注。活性炭纤维(ACF)是20世纪70年代发展起来的，以其独特、优越的性能大大增

3、强了炭质吸附剂的功能，拓宽了炭质吸附剂的应用领域，是一种新型、高效的吸附材料。与传统的活性炭相比，ACF具有优良的结构特征，它含碳量高、比表面积大，微孔丰富、孔径分布窄，并带有一定量的表面官能团。这些特征有利于吸附和脱附，使得ACF对各种有机化合物具有较大的吸附量和较快的吸脱附速度[2]。而且，ACF可以制成布、毡等各种各样的形状，这就使得它比传统的活性炭颗粒具有更优越的吸附性[3]。近年来研究人员对ACF对气体的吸附特性做了很多研究，如VOCs、NOx和SO2等。本实验以甲苯为研究对象，采用粘胶基ACF吸附装置对甲苯废气进行吸、脱附实验研究。　　1实验　　1.1实验

4、材料　　吸附剂：本实验采用粘胶基ACF作为吸附剂，表1是粘胶基ACF的结构和功能参数。　　吸附质：甲苯（广州化学试剂厂），分析纯。　　表1粘胶基ACF的结构和功能参数　　名称　　外表面积　　/（m2·g-1）　　比表面积　　/(m2·g-1)　　平均孔径　　/nm　　单丝直径　　/μm　　苯吸附量　　/%　　厚度　　/mm　　粘胶基ACF　　1.5～2.0　　1000～1500　　1.7～2.6　　9～18　　>30　　2.0～3.5　　1.2实验装置及流程　　采用氮气作为载气，通过鼓泡法产生甲苯气体，整套装置主要由甲苯发生器、吸脱附反应器、热水蒸气发生器/热空

5、气发生器和回收装置四部分组成，装置流程如图1所示。　　整个实验过程分为吸附和脱附两个阶段，在吸附过程中，通过鼓泡法产生的甲苯气体与干燥空气混合，从底部进入反应器，经过活性炭纤维吸附处理后排出，此时阀门12和17关闭；在脱附过程中，采用热的空气或者热的水蒸汽以逆向方式对饱和的活性炭纤维进行解吸，解吸过程所产生的甲苯和空气或者水蒸汽的混合气体经过冷凝回收，做进一步处理。实验采用GC－900气相色谱分析仪测定反应器进出口甲苯的浓度，分析活性炭纤维的吸附和再生性能。　　　　图1活性炭纤维吸附甲苯废气的装置流程图　　2实验结果与讨论　　影响气体吸附的因素很多，主要有吸附剂的性质

6、、吸附质的性质与浓度、吸附的操作条件及吸附器的大小和结构等[3，4]。其中吸附的操作条件有温度、操作压力、气体流速和气体进口浓度等。　　本实验主要研究吸附的操作条件中对吸附的影响因素，由于实验温度为室温，操作压力为常压，所以实验中只考察气体流量、甲苯的进口浓度、ACF的填充高度的影响，以及对比了用水蒸气法和热空气法脱附两种再生方法。实验过程的取样速度均为0.08～0.12L/min。　　2.1气体流量的影响　　研究在不同甲苯流量、其他条件近似下的ACF吸附甲苯的情况。　　ACF的填充高度均为100mm，温度均在20℃左右，实验条件见表2。实验结果如图2所示。　　表2实

7、验条件　　活性炭质量/g　　气体流量（m3·h-1）　　平均进口浓度/（mg·m-3）　　1.5040　　0.1　　484.141　　1.5002　　0.2　　490.465　　1.5050　　0.3　　491.173　　1.5040　　0.4　　475.444　　　　图2吸附过程穿透曲线　　由图2可看出，随着气体流量的增大，达到吸附饱和的时间就越短。其中当气体流量为0.1m3/h时，吸附饱和时间可达400多分钟；而气体流量为0.4m3/h时，吸附饱和时间只需100多分钟。当气体流速高时，与ACF的接触时间短，达到吸附饱和的时间就短；当气体流速低时，