活性炭的改性及其对VOCs吸附能力的研究

论文摘要

本文通过微波法、电炉直接加热法、氢氧化钠法和硝酸法对活性炭进行改性,并对改性后活性炭分别对含甲苯和丁酮气体的吸附能力进行了研究。活性炭微波改性研究表明:随活性炭改性温度的升高,活性炭表面的含酸性官能团降低而含碱性官能团和碘吸附值增大,孔道更加通畅。改性前后对甲苯和丁酮的吸附实验结果表明:改性后活性炭对甲苯和丁酮的吸附量比原始的增大,且最大增幅为MW850的28.3%和32.9%,同时达到饱和吸附的时间也大大延长,而MW450和MW650的吸附能力相差不大,但与原始相比也有较大的提升。电炉直接加热改性后的活性炭吸附甲苯和丁酮的实验结果表明:改性温度愈高,活性炭表面的含酸性官能团降低而含碱性官能团和碘吸附值增大,孔道更加通畅;EH850对甲苯和丁酮的饱和吸附量最大,分别达到249mg/gAC和240mg/gAC,而EH450和EH650的吸附能力相差很小。氢氧化钠改性后主要引起活性炭表面的含氧官能团的变化,而且,氢氧化钠的浓度是变化的主导因素,实验结果表明:浓度越高,含氧酸性官能团降低,而含氧碱性官能团比重增加,极性增大;在浓度低于10%时,活性炭改性后对甲苯的吸附能力是增强的,但是,随浓度的升高,吸附能力逐渐减弱,当浓度超过10%时,吸附能力低于原始的吸附能力。硝酸改性活性炭后,根据硝酸的浓度的不同,活性炭表面的含氧酸碱官能团的含量也随之改变,改性后对甲苯和丁酮的吸附实验结果显示:活性炭随硝酸浓度的增大,其对甲苯和丁酮的饱和吸附量减小;从吸附甲苯实验结果可得出最大降幅达到50%以上,达到饱和的时间约为2.3h,比原始的要缩短超过1.5h;从吸附丁酮的实验结果可以看出最大降幅达到约52%,达到饱和的时间为2.4h,比原始的要缩短1.6h左右。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 有机废气的污染概况
• 1.1.1 挥发性有机物的概念
• 1.1.2 挥发性有机物的来源
• 1.1.3 挥发性有机物的危害
• 1.2 VOCs净化技术的介绍
• 1.2.1 燃烧法控制 VOCs污染
• 1.2.2 冷凝法控制 VOCs污染
• 1.2.3 吸收（洗涤）控制VOCs污染
• 1.2.4 生物法控制 VOCs污染
• 1.2.5 吸附法控制 VOCs污染
• 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 活性炭改性的研究现状
• 2 课题研究方案和内容
• 2.1 实验方案的确定
• 2.1.1 改性方法和吸附工艺的选择
• 2.1.2 处理目标污染物的确定
• 2.1.3 实验装置
• 2.2 实验的主要内容
• 2.2.1 测试的项目和分析方法
• 2.2.2 课题研究的主要内容
• 3 活性炭改性实验
• 3.1 活性炭的预处理
• 3.2 微波改性实验
• 3.2.1 实验仪器规格和装置
• 3.2.2 微波加热活性炭机理分析
• 3.2.3 微波辐射防护
• 3.2.4 微波功率对升温的影响
• 3.2.5 活性炭表面碘吸附值测定
• 3.2.6 活性炭表面酸碱官能团的测定
• 3.2.7 活性炭电镜扫描表征
• 3.3 电炉直接加热法改性
• 3.3.1 电炉直接加热活性炭机理分析
• 3.3.2 电炉的输出功率对活性炭升温的影响
• 3.3.3 活性炭表面碘吸附值的测定
• 3.3.4 活性炭表面酸碱官能团的测定
• 3.3.5 电炉直接加热改性活性炭扫描电镜图
• 3.4 氢氧化钠改性
• 3.4.1 活性炭含氧酸碱官能团的测定方法
• 3.4.2 氢氧化钠改性活性炭的机理分析
• 3.4.3 改性后活性炭表面含氧官能团含量的测定
• 3.5 硝酸改性
• 3.5.1 实验仪器和药品
• 3.5.2 硝酸改性活性炭机理分析
• 3.5.3 改性后含氧酸碱官能团的含量测定
• 3.6 本章小结
• 4 改性后的活性炭吸附实验
• 4.1 主要实验仪器及规格
• 4.2 实验试剂及样品
• 4.3 实验中的参数概念
• 4.4 活性炭的静态吸附实验
• 4.4.1 原始活性炭的静态吸附实验
• 4.4.2 活性炭改性后的静态吸附实验
• 4.5 活性炭动态吸附甲苯和丁酮实验装置及流程
• 4.5.1 动态吸附实验装置
• 4.5.2 动态配气系统（配制甲苯、丁酮气体）
• 4.5.3 动态恒温吸附系统
• 4.5.4 动态吸附实验条件
• 4.5.5 标准曲线测定
• 4.5.6 改性后活性炭对甲苯和丁酮的动态吸附
• 4.6 本章小结
• 5 实验结果比较分析
• 5.1 微波改性与电炉直接加热改性实验结果的比较分析
• 5.2 氢氧化钠改性和硝酸改性实验结果的比较分析
• 5.3 活性炭的静态吸附和动态吸附比较分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 存在的不足与展望
• 致谢
• 参考文献