载有机废气活性炭纤维的微波解吸研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:cfzzfz
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工业生产过程排放的废气中,常含有挥发性有机废气(VOCs),直接排放到环境中会对环境安全和人体健康产生严重的威胁。本文探究了在常温常压下利用活性炭纤维吸附微波辐照解吸处理含乙醇和甲苯的有机废气的工艺和性能。本论文以乙醇和甲苯为研究对象,采用活性炭纤维吸附,微波辐照解吸。研究表明活性炭纤维作为吸附剂对乙醇和甲苯具有较强的吸附能力,微波辐照对吸附了甲苯和乙醇的活性炭纤维具有较高解吸效果,可以在较短时间内实现活性炭纤维的再生,有效节约了能源,回收了资源,同时控制了对空气的污染。实验研究表明:在温度为25 ℃时,常压下,在配气鼓气量为40 L/h实验条件下,乙醇饱和吸附值约为373 mg/g,穿透时间约为15 min;甲苯饱和吸附值约为465 mg/g,穿透时间约为50 min。此外,活性炭纤维对甲苯具有更强的吸附能力,由于竞争吸附作用,有利于含甲苯和乙醇废气中对环境危害更大的甲苯被较为彻底地除去。本研究运用准一级吸附动力学模型、准二级吸附动力学模型以及内扩散模型三种吸附模型,对乙醇和甲苯的静态吸附进行了模拟。研究得出:活性炭纤维吸附不同浓度的含乙醇或甲苯的混合气都符合准一级动力学曲线的特征。以乙醇为研究对象,在25 ℃,常压下,进行了 3个不同乙醇初始浓度的模拟,结果分别为:乙醇初始浓度约为16.4 g/m3,准一级动力学曲线拟合度R2为0.996,拟合曲线方程为:l-qe)=-0.1093t + 4.5357;初始浓度约为98.6 g/m3,准一级动力学线性拟合度R2为0.986,拟合曲线方程为:l-qe-q)=-0.0795t +4.6870;初始浓度约为295.9 g/m3,准一级动力学线性拟合度R2约为0.991,拟合曲线方程为:ln(qe-q)=-0.0687t + 5.9786。以甲苯为研究对象,在25℃,常压下,进行了 3个甲苯不同初始浓度的模拟,分别得到:甲苯初始浓度约为18.1 g/m3,准一级动力学曲线拟合度R2为0.994,拟合曲线方程为:ln(qe-q)=-0.0728t + 5.1068;初始浓度约为108.4g/m3,准一级动力学线性拟合度R2为0.993,拟合曲线方程为:ln(qe-q)=-0.2622t +5.7597;初始浓度约为325.1 g/m3,准一级动力学线性拟合度约R2为0.986,拟合曲线方程为:ln(qe-q)=-0.5520t + 6.4780。以乙醇为研究对象,通过单因素试验以及正交试验考查了微波辐照功率、微波辐照时间、载气气速以及活性炭纤维填充密度等因素对微波辐照解吸载乙醇活性炭纤维的影响。试验得出最佳解吸条件为:微波功率为528 W、辐照时间为80 s、氮气流量为16 L/h、活性炭纤维填充密度0.085 g/cm3,载乙醇活性炭纤维的平均解吸率为99.52%,活性炭纤维平均烧失率为1.19%。在最优条件下,10次解吸后活性炭纤维对乙醇的饱和吸附值维持在375 mg/g至385 mg/g之间,再生后的活性炭纤维吸附性能稳定,活性炭纤维形态完好,但出现明显的灰化现象。以甲苯为研究对象,通过单因素试验以及正交试验考查了微波辐照时间、载气气速以及活性炭纤维填充密度等主要因素对微波辐照解吸载甲苯活性炭纤维的影响。试验得出最佳解吸条件为:微波功率为290 W、辐照时间为120s、氮气流量为48 L/h、活性炭纤维填充密度0.094 g/cm3,甲苯平均解吸率为95.59%。在最优条件下,10次解吸的载甲苯活性炭纤维对甲苯的饱和吸附值出现了约为35 mg/g的提升,解吸后的活性炭纤维出现一定灰化现象,同时多次再生的活性炭纤维易断裂。通过对活性炭纤维负载SnO2作为阻燃剂,明显降低了微波辐照解吸载甲苯活性炭纤维过程中的过热氧化现象,气相色谱分析表明,解吸液的甲苯含量由97.95%提升到99.40%。
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