牛粪生物炭及其活化改性对沥青加热释放的VOCs吸附性能研究

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沥青释放VOCs通常发生在沥青高温搅拌过程中。为了控制沥青释放VOCs的污染以及解决牛粪资源化问题,本文以牛粪为原料制备生物炭及其活化改性牛粪生物炭,以PJ90#铺路沥青为研究对象,以非甲烷总烃为沥青释放VOCs的表征对象,通过牛粪生物炭及其活化改性牛粪生物炭的制备温度以及吸附主要影响因素的研究,探索牛粪生物炭及其活化改性牛粪生物炭对加热沥青释放的VOCs(以下简称加热沥青VOCs)的吸附效果。同时对牛粪生物炭及其活化改性牛粪生物炭对加热沥青VOCs的吸附特性进行了研究。结果如下:1.通过牛粪生物炭对加热沥青VOCs吸附研究,确定了当牛粪生物炭的制备温度为600℃、牛粪生物炭添加量为10 g、吸附时间为20 min时,牛粪生物炭对加热沥青VOCs的去除率最好,为88.69%,沥青加热温度从100℃上升到160℃时,去除率逐渐增加,当温度达到160℃后,牛粪生物炭对加热沥青VOCs的去除率逐渐趋于平缓。2.通过活化改性牛粪生物炭对加热沥青VOCs吸附研究,确定了当牛粪生物炭的制备温度为600℃、热解温度为700℃、活化剂氢氧化钾(活化剂KOH)的浓度为3 mol/L、热解时间为60 min、吸附时间为20 min、活化改性牛粪生物炭投加量为25 g时,活化改性牛粪生物炭对加热沥青VOCs的去除率为最佳,为98.68%。3.对比弗伦德利希方程,朗格缪尔方程可以对牛粪生物炭及其活化改性牛粪生物炭去除加热沥青VOCs的过程进行较好的拟合,可以确定牛粪生物炭及其活化改性牛粪生物炭去除加热沥青VOCs的过程皆是单分子层吸热吸附、化学吸附为主,准二级动力学方程更符合吸附过程。4.对比牛粪生物炭活化改性前后对加热沥青VOCs的去除率可知,活化改性后的牛粪生物炭比牛粪生物炭对加热沥青VOCs的去除率增长了10%,通过SEM扫描发现活化改性后的生物炭孔隙明显增大,由此可见通过KOH活化剂活化改性能显著提高牛粪生物炭对沥青VOCs的去除效率,因此牛粪生物炭及其活化改性生物炭对于扩宽牛粪生物炭资源化途径,控制沥青释放VOCs带来的大气污染具有很好地应用前景。
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