活性炭对有机气体的选择性吸附研究

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本文通过选用三种商业颗粒活性炭为吸附剂,以甲苯、丙酮、甲苯、甲醇和1,2-二氯乙烷五种有机气体为吸附质,进行单组份固定床恒温吸附实验,关联分析活性炭物性和吸附质物性对吸附行为的影响。同时,进行了甲苯和丙酮、甲醇和1,2二氯乙烷的双组份混合吸附实验,探讨了活性炭的选择吸附及吸附质的竞争吸附机制。主要研究内容及结论包括:(1)选用三种活性炭为吸附剂,对其比表面积、孔容、孔结构及表面官能团等物性进行了测试,并以甲苯、丙酮、二甲苯、甲醇和1,2二氯乙烷五种有机气体为吸附质,进行单组份固定床恒温吸附实验。结果显示,活性炭自身物性存在一定差异;对不同吸附质在同一活性炭上的吸附,吸附量、穿透时间及吸附饱和时间均不同;对同一吸附质而言,在不同活性炭上吸附行为同样存在差异。(2)结合活性炭物性与吸附实验结果,分析活性炭比表面积、孔容及孔结构、表面官能团对有机气体吸附行为的影响。结果表明,活性炭比表面积及孔容与吸附量不存在明显相关性。物理结构参数中,孔结构是影响其吸附性能的关键参数;而活性炭表面不同类型官能团的存在将对吸附质产生不同的吸附作用效果。(3)关联分析吸附质物性与其在活性炭上的吸附行为,得出活性炭的饱和吸附量随着吸附质分子量、分子动力学直径、沸点的增大而增大;活性炭的饱和吸附量随着吸附质分子极性、饱和蒸汽压的增大而减小;活性炭的饱和吸附量与吸附质的熔点和密度关联不大。(4)双组份吸附实验表明,活性炭对甲苯和1,2二氯乙烷表现出选择吸附特性。选择与竞争吸附会基于活性炭物性及吸附质物性的差异产生无效吸附孔段、单组份选择吸附孔段、双组份竞争吸附段、通道孔段。竞争吸附段为吸附主体区,竞争机制主要包括孔径堵塞竞争、有效吸附中心直接竞争、取代吸附竞争三种竞争形式。吸附能在一定程度上反应了活性炭对吸附质的选择吸附强度,吸附能大的吸附质在竞争吸附中占有优势。通过吸附能计算表明,活性炭对甲苯的吸附能大于丙酮,对1,2二氯乙烷的吸附能大于甲醇。
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