高分子树脂吸附—脱附VOCs性能的研究

论文摘要

挥发性有机化合物（VOCs）的排放是目前环境面临的重大问题之一,工业上广泛采用节能、高效、操作简单的吸附技术对其进行治理。作为普遍使用的VOCs吸附剂,活性炭在工业应用中易燃易爆、疏水性差、对大分子吸附具有局限性、脱附性差。为此,亟须对其他具有吸附潜力的吸附剂进行系统研究和开发应用。论文通过溶剂热法合成了超高疏水性的高分子树脂聚二乙烯苯（PDVB）,并与介孔分子筛的典型代表MCM-41和SBA-15进行结构特性和吸附-脱附性能比较。结果表明,相比介孔分子筛,具有介孔孔道的PDVB吸附树脂比表面积和孔容更大;对VOCs具有更好的吸附性能,且吸附基本不受水汽影响;同时介孔孔道结构和物化性质稳定的表面性质可以保证具有良好的脱附性能。通过对PDVB两种合成方法的比较（悬浮聚合法和溶剂热法）,发现溶剂热法所得PDVB平均孔径更小且分布更为集中,对甲苯的饱和吸附量更大;并且随着苯乙烯交联剂的加入,聚合物孔道比表面积和平均孔径均减小,甲苯吸附量也随之降低;四氢呋喃致孔剂中水含量增加,PDVB平均孔径先增大后减小,孔径分布逐渐宽泛,并出现微孔结构,导致其对甲苯的动态吸附速率提高的同时,穿透吸附量也得到有效提高。为深入了解PDVB动态吸附的行为,论文考察了甲苯动态吸附等温线和吸附穿透曲线。结果显示,PDVB在不同温度下对甲苯的吸附等温线均属于Ⅰ型,且能用Freundlich等温方程进行很好描述。在不同温度和不同VOCs浓度条件下,Yoon-Nelson模型对PDVB床层动态吸附穿透曲线均能进行很好拟合,通过模型参数对穿透曲线也能进行很好预测;对大分子VOCs表现出更好的吸附性能,但对所有考察的VOCs（甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、乙酸乙酯、苯乙烯）均具有良好的脱附性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 本文研究的主要内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 VOCs简介
• 2.2 VOCs处理技术
• 2.3 吸附技术概述
• 2.4 高分子吸附树脂介绍
• 2.5 高分子吸附树脂的应用
• 2.5.1 分离提纯方面的应用
• 2.5.2 石油化工方面的应用
• 2.5.3 生物医药方面的应用
• 2.5.4 环境保护方面的应用
• 2.5.5 其他方面的应用
• 2.6 高分子吸附树脂的结构调控
• 2.6.1 孔结构调控
• 2.6.2 表面修饰
• 第三章 实验部分
• 3.1 主要实验药品及仪器设备
• 3.1.1 主要实验药品
• 3.1.2 主要实验仪器设备
• 3.2 PDVB与介孔分子筛合成
• 3.2.1 MCM-41合成
• 3.2.2 SBA-15合成
• 3.2.3 PDVB合成
• 3.3 吸附剂表征分析
• 3.3.1 BET测试
• 3.3.2 TGA测试
• 3.4 PDVB与分子筛吸附性能评价实验
• 3.4.1 吸附装置
• 3.4.2 吸附实验步骤
• 3.4.3 分析计算方法
• 第四章 PDVB和介孔分子筛上VOCs吸-脱附性能的对比研究
• 4.1 PDVB与介孔分子筛形貌结构对比
• 4.2 PDVB与介孔分子筛吸附性能对比
• 4.2.1 吸附甲苯性能对比
• 4.2.2 疏水性能对比
• 4.2.3 吸附大分子VOCs性能对比
• 4.3 PDVB与介孔分子筛脱附VOCs性能对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 PDVB结构改性及其吸附VOCs性能的研究
• 5.1 PDVB制备方法对其结构和吸附性能的影响
• 5.1.1 制备方法对PDVB结构性质影响
• 5.1.2 制备方法对PDVB吸附性能影响
• 5.2 苯乙烯交联剂对树脂结构和吸附性能的影响
• 5.2.1 苯乙烯对PDVB结构性质影响
• 5.2.2 苯乙烯对PDVB吸附性能影响
• 5.3 致孔剂对PDVB结构和吸附性能影响
• 5.3.1 致孔剂对PDVB结构性质影响
• 5.3.2 致孔剂对PDVB吸附性能影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 PDVB对VOCs的动态吸附及其穿透模型
• 6.1 动态吸附等温线拟合
• 6.2 动态吸附穿透曲线拟合
• 6.2.1 甲苯动态吸附穿透曲线拟合
• 6.2.2 二甲苯、三甲苯动态吸附穿透曲线拟合
• 6.3 对各类VOCs动态吸附
• 6.3.1 各类VOCs吸附性能考察
• 6.3.2 各类VOCs动态吸附穿透曲线拟合
• 6.3.3 各类VOCs脱附性能考察
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文