微波辐照再生载甲苯活性炭研究

论文摘要

本文研究了活性炭在不同吸附条件下,对低浓度含甲苯气体的吸附特性;通过微波辐照再生活性炭,达到了活性炭再生的目的;通过微波辐照改性活性炭,得到了一种利于吸附甲苯气体的活性炭。研究发现,活性炭吸附低浓度含甲苯气体,吸附平衡表达式可用Langmuir等温方程式表达。活性炭在微波场中的升温很快,200s左右达到峰值,不存在温度失控的问题。微波功率增加,活性炭的升温速率及最高温度增加;床层厚度、载气线速的增大则会降低活性炭的升温速率及最高温度。微波解吸过程中,提高解吸温度有利于活性炭的解吸,当超过400℃后,再提高解吸温度,解吸速率并不会得到大幅度的提高。相同条件下,在载气线速14.7cm/s时,解吸效果最好,载气线速7.3cm/s时,能量利用率最高。不同吸附量的活性炭,要解吸恢复到相同的吸附容量,所消耗的时间和能量基本相当。在本次实验中,最佳解吸操作条件为解吸温度400℃、载气线速7.3cm/s、活性炭床层厚2cm,在此条件下,微波辐照50min,解吸率为91.8%。再生过程中活性炭的损耗很小,再生5次后,总的损耗率为2.16%。随着吸附—解吸循环的不断进行,活性炭的吸附量逐渐下降,下降速度缓慢,再生15次后,吸附容量为原来的79%。氮气气氛下的微波改性有利于活性炭对甲苯的吸附,改性温度越高,越有利于活性炭对甲苯的吸附。当甲苯浓度达到7200mg/m~3时,活性炭的吸附容量从198mg/g提高到226mg/g。相同改性温度下,微波改性的活性炭吸附性能优于电炉加热改性的活性炭。微波改性存在着表面结构改性和表面化学改性两种改性机理。在450℃时,吸附容量的提高主要是表面结构改性的作用;650℃和850℃时,吸附容量的提高是表面结构改性和表面化学改性共同的作用;但850℃时,表面化学改性的作用较650℃时更明显。结果表明,微波解吸具有吸附容量恢复好、活性炭损耗率较低、解吸气体浓度高等优点,值得进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 有机废气的污染概况
• 1.2 吸附法净化VOCS技术介绍
• 1.3 吸附的基本理论
• 1.3.1 吸附的作用力
• 1.3.2 传质过程
• 1.3.3 物理吸附和化学吸附
• 1.3.4 吸附等温线和吸附等温方程
• 1.3.5 穿透曲线
• 1.4 吸附剂
• 1.4.1 活性炭的孔隙结构
• 1.4.2 活性炭的表面化学性质
• 1.5 活性炭的改性技术
• 1.5.1 表面结构改性
• 1.5.2 表面化学改性
• 1.5.3 活性炭微波改性的研究现状
• 1.6 活性炭的再生
• 1.6.1 传统活性炭再生方法
• 1.6.2 新兴的活性炭再生技术
• 1.6.3 微波再生的研究现状
• 1.7 课题研究的目的和内容
• 2 活性炭吸附甲苯的实验的研究
• 2.1 实验使用的原料及仪器
• 2.1.1 主要实验仪器及规格
• 2.1.2 实验试剂及样品
• 2.2 实验中的参数概念
• 2.3 活性炭动态吸附甲苯实验装置及流程
• 2.4 活性炭动态吸附甲苯实验结果及分析
• 2.4.1 活性炭吸附甲苯的动态吸附曲线
• 2.4.2 活性炭吸附甲苯的吸附等温线
• 2.4.3 活性炭吸附甲苯的吸附穿透曲线
• 2.5 本章小结
• 3 活性炭微波加热升温行为的研究
• 3.1 微波加热技术
• 3.1.1 微波加热原理
• 3.1.2 与传统加热方式的区别及其特点
• 3.2 活性炭升温实验装置及流程
• 3.3 活性炭升温实验结果及分析
• 3.3.1 功率对升温的影响
• 3.3.2 活性炭床层厚度对升温的影响
• 3.3.3 载气线速对升温的影响
• 3.4 本章小结
• 4 微波解吸载甲苯活性炭研究
• 4.1 活性炭解吸实验装置及流程
• 4.2 微波解吸载甲苯活性炭研究结果及分析
• 4.2.1 不同解吸温度对解吸情况的影响
• 4.2.2 不同载气线速度对解吸情况的影响
• 4.2.3 不同活性炭床层厚度对解吸情况的影响
• 4.2.4 不同甲苯吸附量对解吸情况的影响
• 4.2.5 活性炭的损耗率
• 4.2.6 吸附量随循环次数的变化
• 4.3 微波辐照对活性炭的改性研究
• 4.3.1 微波改性活性炭实验装置及流程
• 4.3.2 微波改性活性炭的吸附实验结果及分析
• 4.3.3 微波改性活性炭提高甲苯吸附能力的机理分析
• 4.3.4 微波改性与电加热改性的对比
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献