甲苯在活性炭纤维上的吸附与脱附研究论文

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1、甲苯在活性炭纤维上的吸附与脱附研究论文.freel2·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ACF1.5～2.01000～15001.7～2.69～18302.0～3.51.2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

2、，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、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

3、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）1.50400.1484.1411.50020.2490.4651.

4、50500.3491.1731.50400.4475.444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，与ACF的接触时间长，则ACF就得以充分利用，达到吸附饱和的时间就长。因此，气体流速要保持适中，若速率太大，不仅增加了压力损失，而且会使气体分子与吸附剂接触时间过短，不利于气体的吸附，因而

5、降低吸附效率；而气体流速过低，要达到一定的处理量，又会使设备体积增大。实际情况中，可根据需要选择合适的气体流量，以达到所需要的吸附效果。2.2进口浓度的影响研究在甲苯的进口浓度不同、其他条件近似下的ACF附甲苯的情况。ACF的填充高度均为100mm，甲苯流量为0.3m3/h，实验条件见表3，实验结果见图3。表3实验条件序号活性炭质量/g温度/℃平均进口浓度/（mg·m-3）11.504821176.47021.505016332.86431.505019491.17341.507821700.40951.5060161073

6、.543图3吸附过程穿透曲线由图3可看出，气体进口浓度对吸附也有影响，浓度越高，吸附时间越短，在短期内就可以穿透。对ACF来说，在高浓度条件下吸附气体时，物理吸附占主导地位，吸附是多层的，快速进行的，此时的吸附量不依赖于被吸附物质的属性，而只依赖于ACF的孔径和孔的数量；相反在低浓度下吸附时，由于各种条件的影响，有可能伴随发生化学吸附行为，此时吸附质的化学性质对吸附量也有一定的影响。还可看到随饱和度增大即吸附质浓度的增加，平衡吸附量增大。这是由于吸附开始阶段，ACF具有大量的未被吸附的吸附位，有机蒸气直接触及微孔表面到达吸附

7、位，且随着浓度增加，更多的吸附质分子与吸附位作用，所以吸附过程更易于达到较高吸附量下的吸附-脱附平衡。在低浓度时，ACF也具有较好的吸附性能，这是其他吸附剂所无法比拟的。这应归因于ACF的微孔尺寸与有机化合物分子尺寸大体相当，由于范德瓦耳斯力的作用使相距很近的孔壁吸附力场发生叠加，引起微孔内吸附势能的增加，因此对低浓度有机蒸气也能够较好地吸附2。2.3填充高度的影响研究在甲苯的进口浓度不同、其他条件近似下的ACF吸附甲苯的情况。甲苯流量为0.3m3/h，温度均在20℃左右，实验条件见表4，实验结果见图4。表4实验条件活性炭质

8、量/g填充高度/mm平均进口浓度/（mg·m-3）1.5078100700.4092.2512150735.5003.0012200744.061图4吸附过程穿透曲线由图4可看出，在气体流量和进口浓度基本不变的情况下，改变ACF填充高度对穿透曲线基本上没什么影响。李立清等5研究的实验中提到