廉价交联剂一步法合成聚合物及其高湿度下吸附VOCs特性研究

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挥发性有机化合物已成为继颗粒物、二氧化硫、氮氧化物之后的又一大气污染物,开发有效治理VOCs的方法是目前普遍关注的研究热点。吸附法因其效率高、效果稳定、能耗低的优点而得到广泛应用。而工业废气往往含有大量水蒸气,极大程度上削弱了吸附剂对VOCs的吸附性能。极性吸附剂,如最常用的活性炭和沸石分子筛在高湿度条件下吸附VOCs受水蒸气的影响很大,导致其VOCs吸附性能急速下降。因此,对于在高湿度下仍能保持优异的VOCs吸附性能的多孔材料的开发引起了重视。本文发现一种储氢材料对VOCs的吸附能力几乎不受水蒸气的影响,在高水蒸气含量气氛中仍具有优异的吸附性能。因此,本文以一些低成本的工业化原料为构筑单体,采用该方法制备具有高比表面积、高疏水性的多孔聚合物材料。与文献采用的索式提取方法不同的是,本研究采用超声处理,该操作用时很短,且能耗小,工艺及设备简单。为了探究水蒸气对本文制备的有机聚合物在吸附VOCs过程中的影响,以甲苯及乙酸乙酯作为目标污染物,在RH=0%以及RH=90%的条件下进行吸附性能测试,同时选用商用超高交联树脂NDA-150以及三种活性炭作对比。并且通过红外光谱、元素分析、固体核磁共振光谱、热分析、氮气吸附等温线、孔径分布、水接触角测量等表征手段对该材料进行表征,揭示吸附剂的结构与性能间的构效关系。研究结果发现,在RH=0%时对甲苯及乙酸乙酯均有良好吸附性能的活性炭AC-3在RH=90%时吸附性能急速下降,而以甲苯为单体制备的多孔高聚物P(BS-FDA)-1在RH=90%时对甲苯及乙酸乙酯仍能保持优异的吸附性能。另外,运用超声再生技术对本文制备的材料进行脱附再生,再生性能测试结果发现,8次再生后,再生效率仍能基本保持在85%以上,表明超声再生对该材料具有良好的可行性。为了能实现工程应用,本文对该材料进行放大试验,放大试验过程中,通过改进反应设备、搅拌桨及改变升温速率等,放大15倍后的产物仍能保持良好的吸附性能。另外,本文制备得到的是粉末状产物,应用过程中会产生风阻过大的问题,因此提出了涂覆成型法,并探究胶黏剂种类、胶黏剂浓度以及树脂浓度对涂覆过程的影响。实验结果表明,当胶粘剂聚乙烯吡咯烷酮用量为0.9%,树脂浓度为9%时,涂覆成型材料对甲苯的去除率可达98.7%。
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