活性炭纤维吸附低浓度苯的实验研究

论文摘要

挥发性有机化合物是室内空气污染和工业有害气体污染的主要构成,对有机气体污染的治理研究已成为当前传热传质与室内环境领域的热点之一。有机气体污染中含苯废气的排放非常普遍,且对环境及人体健康都具有极大危害。对含苯废气的处理多采用活性炭吸附的方法,而活性炭纤维这种新型的活性炭吸附材料以其高效的吸、脱附性能在废气处理中得到越来越多的应用。活性炭纤维这种吸附剂的使用是一个循环再生的过程,而已有研究多关注于活性炭纤维对有机气体的吸附方面,对于脱附再生等方面的研究较少。因此本文对脱附以及循环吸脱附做出了探索性研究。同时,本文也对活性炭纤维的性能做出了分析,并研究了活性炭纤维对苯的吸附。本文利用氮吸附法（比表面积吸附仪ASAP2010,77K温度下测量）对活性炭纤维样品的性能做出分析,可得氮吸附等温线为Ⅰ型,说明活性炭纤维是多微孔材料。根据Langmuir方程和BET方程可计算活性炭纤维的比表面积,由t图法可得到外表面积和微孔容积,而根据H-K法可获得活性炭纤维的孔径分布状况,并用等温吸附数据分析活性炭纤维的分形维数。结果表明,微孔容积随比表面积的增大而增大,而比表面积最小的活性炭纤维却具有最高分形维数,分形维数与孔径分布较为一致。本文利用自行搭建的实验台,通过热重方法（热重分析仪TGA/SDTA851°）,对活性炭纤维吸附苯、脱附再生以及循环吸、脱附做出了实验研究。用Langmuir方程、Freundlich方程、DR方程这3个典型的吸附方程拟合吸附实验数据,结果表明Freundlich方程和DR方程的拟合结果都较好,DR方程更适合于环境中低浓度的有机气体。对脱附再生实验得到的失重曲线比较可知,脱附过程大致可分为快速（前20分钟）、慢速（20分钟～100分钟）、平衡（100分钟之后）三个阶段。从循环吸、脱附的实验结果则可看出多次吸、脱附后,吸附率有下降的趋势,而残留率则趋于稳定。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 有机废气的污染及处理
• 1.1.2 活性炭纤维在废气处理中的应用
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究综述
• 1.2.2 国内研究综述
• 1.2.3 吸附装置的研究
• 1.3 本文研究思路及研究内容
• 2 气体的吸附与脱附机理
• 2.1 吸附原理
• 2.1.1 吸附概念
• 2.1.2 多孔体的概念
• 2.1.3 吸附的传质过程
• 2.1.4 物理吸附与化学吸附
• 2.1.5 吸附等温线
• 2.2 吸附方程
• 2.2.1 Langmuir方程
• 2.2.2 Freundlich方程
• 2.2.3 DR方程
• 2.3 吸附剂
• 2.3.1 工业上对吸附剂的要求
• 2.3.2 工业上常用吸附剂
• 2.4 气体吸附的影响因素
• 2.4.1 吸附剂的影响
• 2.4.2 吸附质的影响
• 2.4.3 吸附操作条件的影响
• 2.4.4 脱附的影响
• 2.5 脱附再生研究
• 2.5.1 滞后现象
• 2.5.2 吸附剂的脱附再生方法
• 2.5.3 吸附剂的劣化现象
• 2.6 本章小结
• 3 实验研究
• 3.1 吸附剂与吸附质
• 3.1.1 活性炭纤维
• 3.1.2 苯
• 3.2 氮吸附实验
• 3.3 热重分析实验
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 实验装置
• 3.3.3 实验过程
• 3.4 本章小结
• 4 活性炭纤维的表征
• 4.1 氮吸附等温线
• 4.2 比表面积
• 4.2.1 Langmuir比表面积
• 4.2.2 BET比表面积
• 4.3 t图法分析
• 4.4 孔径分布
• 4.5 分形维数
• 4.6 本章小结
• 5 吸、脱附实验结果分析
• 5.1 实验数据与吸附理论的拟合
• 5.1.1 Langmuir方程拟合结果
• 5.1.2 Freundlich方程拟合结果
• 5.1.3 DR方程拟合结果
• 5.1.4 拟合结果的对比分析
• 5.2 脱附实验结果分析
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 循环吸脱附实验分析
• 5.3.1 实验方法
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集