挥发性有机物用活性炭改性及其应用研究

挥发性有机物(VOCs)是大气污染物的重要组成部分,是雾霾颗粒物(PM2.5,PM10)的重要来源.它种类繁多,成分复杂,不但能破坏生态环境,还会危害人体健康.活性炭作为环境友好型吸附材料,被广泛用于VOCs的回收工业中,通过回收高浓度,高价值的VOCs,不但能保护大气环境,还能为企业创造明显经济效益.但目前市售VOCs回收用活性炭存在吸附容量低,脱附残存率高,强度差和着火点低等问题,制约着活性炭使用效果和寿命.因此开展VOCs回收用活性炭的改性研究,开发高性能VOCs回收用活性炭,对促进环境保护和活性炭行业的发展有较大的意义和价值.本论文采用高温重整,CO_2二次活化和表面包覆3种方法对VOCs回收用活性炭的强度,孔结构和着火点等进行调控,并开展了改性活性炭吸附丁酮的动力学研究.论文主要研究内容和结果如下:1.高温重整调控木质成型活性炭性能的研究以市售磷酸法木质成型活性炭为原料,研究了高温重整处理对活性炭性能的影响.考察了不同升温/降温方式,重整温度和重整时间对活性炭强度的影响,研究结果表明,快速升温至800℃重整活性炭30~75 min后快速降温的方式可有效提高活性炭的强度,强度提高5.75%~6.39%,得率保持在83.54%以上.对经800℃重整30和60 min后的活性炭的孔结构,吸附性能进行了研究,结果表明活性炭的比表面积和总孔容积分别下降约400 m2/g和0.2 m3/g,孔径分布在1.2 nm以下的微孔所占比例增加;对亚甲基蓝的吸附性能略有下降,对碘的吸附性能略有提高,丁烷的吸附性能下降15%以内.经高温重整后,活性炭的着火点显著提高,800℃重整60 min后,着火点提高100℃以上,这主要与高温重整后活性炭表面含氧官能团显著减少有关.高温重整使活性炭体积收缩,石墨化程度提高,从而提高了活性炭的强度.2.二次活化调控高温重整活性炭性能研究为解决高温重整后活性炭吸附性能下降这一问题,论文在高温重整活性炭实验结论的基础上,研究了CO_2二次活化对活性炭吸附性能的影响.经CO_2二次活化30 min后,活性炭的强度降低小于0.5%,而丁烷工作容量基本恢复到高温重整前的水平,对亚甲基蓝的吸附力略有下降,对碘的吸附力明显提高,结果表明CO_2二次活化使活性炭生成更发达的微孔结构,能有效提高经高温重整后活性炭的吸附性能.CO_2二次活化后,活性炭表面含氧官能团的数量有所增加,导致活性炭的着火点有所下降.考虑到CO_2二次活化时间过长会降低活性炭的强度,着火点和得率,活化时间应小于30 min.3.乙基纤维素包覆成型活性炭的制备及其性能研究乙基纤维素(EC)是一种热塑性,低可燃性的纤维素烷基醚.它制成的薄膜透气性强,有较高的机械强度和柔韧性,广泛用于固体制剂的薄膜包衣和气体分离膜.论文以EC为包覆材料,无水乙醇为溶剂,在50℃溶解制成包膜液.将制备好的包膜液均匀的喷涂在成型活性炭的表面,经热处理后,制备出了包覆EC的活性炭产品.考察了包膜液的浓度,喷涂体积及热处理温度对包覆活性炭强度和吸附性能的影响.结果发现,当膜液浓度为2.50%~4.50%(质量分数),喷涂体积与活性炭质量比为0.67 m L/g,热处理温度为110~140℃时,包覆后成型活性炭的强度显著提高.在此条件下制备的活性炭产品强度提高7%以上,丁烷工作容量下降10%以内,在活性炭表面形成了一层3~4μm厚的薄膜.包覆后的活性炭孔结构保持不变,水接触角接近90°,表面疏水性能显著增强,有利于其在水分含量较高的环境中使用.4.改性活性炭吸附丁酮的动力学研究研究了经高温重整和二次活化改性后的活性炭对丁酮的吸附动力学.在水浴温度分别为20,30,40,50℃,载气(N2)流量为400 mL/min,丁酮蒸汽浓度为0.314 g/L的条件下,研究了活性炭对丁酮的吸附量随时间的关系,发现改性后的活性炭吸附丁酮是放热反应,饱和吸附量随吸附温度的升高而降低.采用准一级,准二级,Elovich,Bangham这4种动力学模型对活性炭吸附丁酮的行为进行动力学拟合,发现活性炭对丁酮的吸附过程与Bangham动力学方程拟合度最高,拟合得到的qe与实验所得qe十分接近,相关系数R~2达到0.99以上.

挥发性有机物用活性炭改性及其应用研究

挥发性有机物(VOCs)是大气污染物的重要组成部分,是雾霾颗粒物(PM2.5,PM10)的重要来源.它种类繁多,成分复杂,不但能破坏生态环境,还会危害人体健康.活性炭作为环境友好型吸附材料,被广泛用于VOCs的回收工业中,通过回收高浓度,高价值的VOCs,不但能保护大气环境,还能为企业创造明显经济效益.但目前市售VOCs回收用活性炭存在吸附容量低,脱附残存率高,强度差和着火点低等问题,制约着活性炭使用效果和寿命.因此开展VOCs回收用活性炭的改性研究,开发高性能VOCs回收用活性炭,对促进环境保护和活性炭行业的发展有较大的意义和价值.本论文采用高温重整,CO_2二次活化和表面包覆3种方法对VOCs回收用活性炭的强度,孔结构和着火点等进行调控,并开展了改性活性炭吸附丁酮的动力学研究.论文主要研究内容和结果如下:1.高温重整调控木质成型活性炭性能的研究以市售磷酸法木质成型活性炭为原料,研究了高温重整处理对活性炭性能的影响.考察了不同升温/降温方式,重整温度和重整时间对活性炭强度的影响,研究结果表明,快速升温至800℃重整活性炭30~75 min后快速降温的方式可有效提高活性炭的强度,强度提高5.75%~6.39%,得率保持在83.54%以上.对经800℃重整30和60 min后的活性炭的孔结构,吸附性能进行了研究,结果表明活性炭的比表面积和总孔容积分别下降约400 m2/g和0.2 m3/g,孔径分布在1.2 nm以下的微孔所占比例增加;对亚甲基蓝的吸附性能略有下降,对碘的吸附性能略有提高,丁烷的吸附性能下降15%以内.经高温重整后,活性炭的着火点显著提高,800℃重整60 min后,着火点提高100℃以上,这主要与高温重整后活性炭表面含氧官能团显著减少有关.高温重整使活性炭体积收缩,石墨化程度提高,从而提高了活性炭的强度.2.二次活化调控高温重整活性炭性能研究为解决高温重整后活性炭吸附性能下降这一问题,论文在高温重整活性炭实验结论的基础上,研究了CO_2二次活化对活性炭吸附性能的影响.经CO_2二次活化30 min后,活性炭的强度降低小于0.5%,而丁烷工作容量基本恢复到高温重整前的水平,对亚甲基蓝的吸附力略有下降,对碘的吸附力明显提高,结果表明CO_2二次活化使活性炭生成更发达的微孔结构,能有效提高经高温重整后活性炭的吸附性能.CO_2二次活化后,活性炭表面含氧官能团的数量有所增加,导致活性炭的着火点有所下降.考虑到CO_2二次活化时间过长会降低活性炭的强度,着火点和得率,活化时间应小于30 min.3.乙基纤维素包覆成型活性炭的制备及其性能研究乙基纤维素(EC)是一种热塑性,低可燃性的纤维素烷基醚.它制成的薄膜透气性强,有较高的机械强度和柔韧性,广泛用于固体制剂的薄膜包衣和气体分离膜.论文以EC为包覆材料,无水乙醇为溶剂,在50℃溶解制成包膜液.将制备好的包膜液均匀的喷涂在成型活性炭的表面,经热处理后,制备出了包覆EC的活性炭产品.考察了包膜液的浓度,喷涂体积及热处理温度对包覆活性炭强度和吸附性能的影响.结果发现,当膜液浓度为2.50%~4.50%(质量分数),喷涂体积与活性炭质量比为0.67 m L/g,热处理温度为110~140℃时,包覆后成型活性炭的强度显著提高.在此条件下制备的活性炭产品强度提高7%以上,丁烷工作容量下降10%以内,在活性炭表面形成了一层3~4μm厚的薄膜.包覆后的活性炭孔结构保持不变,水接触角接近90°,表面疏水性能显著增强,有利于其在水分含量较高的环境中使用.4.改性活性炭吸附丁酮的动力学研究研究了经高温重整和二次活化改性后的活性炭对丁酮的吸附动力学.在水浴温度分别为20,30,40,50℃,载气(N2)流量为400 mL/min,丁酮蒸汽浓度为0.314 g/L的条件下,研究了活性炭对丁酮的吸附量随时间的关系,发现改性后的活性炭吸附丁酮是放热反应,饱和吸附量随吸附温度的升高而降低.采用准一级,准二级,Elovich,Bangham这4种动力学模型对活性炭吸附丁酮的行为进行动力学拟合,发现活性炭对丁酮的吸附过程与Bangham动力学方程拟合度最高,拟合得到的qe与实验所得qe十分接近,相关系数R~2达到0.99以上.