活性炭孔隙结构对甲苯、丁酮吸-脱附特性的影响研究

发布时间：2020-07-23 14:44

【摘要】：本文选用三种煤基活性炭为吸附剂,甲苯、丁酮作为吸附质,进行单组分固定床吸附实验,研究了活性炭物性和吸附工艺参数对吸附行为的影响。同时进行了三种活性炭对甲苯、丁酮的循环吸脱附实验,研究了活性炭的孔隙结构对甲苯、丁酮循环吸脱附的影响。本文主要研究内容及结论如下:1.进行三种活性炭(AC-1、AC-2、AC-3)对甲苯、丁酮的固定床吸附实验,探讨了活性炭孔隙结构对吸附的影响。结果表明:活性炭对甲苯、丁酮的吸附存在有效吸附孔容,比表面积、总孔容、微孔孔容不是决定活性炭吸附性能的关键因素;随进气浓度升高,活性炭中发生有效吸附的孔径范围随之增大,甲苯浓度低于1000 mg/m~3时,0.7nm,1.4 nm的微孔发挥主要的吸附作用,高于2000 mg/m~3时活性炭中0.7~2.8 nm的孔隙结构对甲苯吸附起主要作用;丁酮浓度1500 mg/m~3以下时,0.65 nm的孔容是丁酮吸附的有效孔容;高于1500 mg/m~3时,1.3 nm的孔容起关键作用。吸附质在活性炭不同孔径中发生毛细凝聚的饱和蒸气压不同,在实验浓度范围内,甲苯、丁酮的最大吸附凝聚孔径分别为2.4 nm、1.8 nm。2.随进气浓度的升高,活性炭吸附甲苯、丁酮的穿透时间明显缩短,传质区长度逐渐增长,床层利用率先降低后增加再降低,这与活性炭的有效吸附孔容有关;活性炭吸附甲苯、丁酮的穿透时间与进气浓度的关系,符合方程Lnt_b=ALnc_0+B。3.研究了温度、空速、活性炭粒径对吸附性能的影响。结果表明:随温度升高,三种活性炭对甲苯、丁酮的吸附性能降低,床层压降变化不大;AC-2受温度的影响较小,高于35℃时AC-2吸附性能表现优异。随空速的增加,活性炭吸附甲苯、丁酮的穿透时间、穿透吸附量和床层利用率降低,床层压降和传质区高度增加,但是饱和吸附量基本不变;AC-2受空速影响最大,与丁酮相比,甲苯受空速影响较小;同一空速下,床层利用率与吸附质、活性炭的物性有一定的关系。1~2 mm粒径的活性炭对甲苯、丁酮吸附性能最好,传质区高度最小,床层利用率最高。利用SPSS软件对甲苯、丁酮的饱和吸附量与进气浓度、吸附温度、有效吸附孔容的数据进行多元线性回归分析,得出预测模型。4.考察了吸附时间、进口浓度、吸附温度和空速对甲苯、丁酮吸附动力学的影响,并用准一级、准二级、Bangham 3种动力学模型对活性炭在不同温度和空速条件下的吸附行为进行了动力学拟合。结果表明Bangham动力学模型拟合度R~2都大于0.99;三种动力学模型与AC-1、AC-2、AC-3的孔隙结构特性没有明显的关系,在本实验中的适用性为Bangham动力学准一级动力学准二级动力学。5.将三种活性炭进行不同温度下循环真空解吸实验,研究了活性炭孔隙结构对解吸的影响。结果表明:随脱附温度升高,活性炭对甲苯、丁酮的脱附率提高,循环吸附量增加,穿透时间延长,再生炭与新炭的接近程度提高。同一温度下丁酮的脱附率要比甲苯高,脱附温度90℃时丁酮脱附率可达99%。三种活性炭在相同温度下脱附率的大小顺序为AC-2AC-3AC-1,0.7~2.8 nm的孔隙结构对甲苯脱附有一定的积极作用;0.65~2.60 nm的孔隙结构对丁酮的有效脱附起积极作用。在循环吸脱附过程中,脱附过程可以完全脱附吸附质并且不会影响活性炭的孔隙结构,每次循环饱和吸附量以及穿透时间基本相同;相同脱附温度下AC-2和AC-3对甲苯的循环吸附量高于AC-1,丁酮的循环吸附量大小顺序为AC-1AC-3AC-2。该论文有图38幅,表37个,参考文献87篇。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ424.1;TQ028.15
【图文】：

将活性炭对甲苯的吸附量 y甲苯与进气浓度 x1、吸附温度 x2、有效吸附孔容 x3元线性回归分析，数据见下表 4-10 和 4-11；图 4-7 为预测模型的残差 P-P 图以及。表 4-10 多元线性回归拟合模型的R2Table4-10R2of multivariate linear regression fitting model模型 R R2调整后 R2F 显著性1 0.947 0.896 0.888 106.33 3.0344E-1表 4-11 模型概述Table4-11 Overviewof the model变量未标准化系数 标准化系数BetaF 显著性共线性统计B 标准误差 容差 Va 274.788 13.535 / 20.301 0 / /x10.019 0.003 0.676 7.108 0 0.311 3.2x2-2.493 13.535 -0.344 -6.369 0 0.965 1.0x363.561 35.308 0.170 1.800 0.080 0.316 3.1

R2>0.88。此多元线性模型可以表示为：y甲苯=274.788+0.019x1-2.493x2+63.561x3利用上述方法对丁酮吸附量 y丁酮与三种因素进行多元回归分析，参数如表 4-12 4-13 所示，图 4-8 为预测模型的残差 P-P 图以及散点图。表 4-12 多元线性回归拟合模型的R2Table4-12R2of multivariate linear regression fitting model模型 R R2调整后 R2F 显著性1 0.895 0.801 0.784 47.077 2.2528E-12表 4-13 模型概述Table4-13Overview of themodel变量未标准化系数 标准化系数BetaF 显著性共线性统计B 标准误差 容差 VIFa 122.799 20.786 / 5.908 0 / /x10.012 0.005 0.344 2.303 0.027 0.254 3.935x2-1.739 0.555 -0.244 -3.134 0.003 0.939 1.065x3254.997 78.510 0.491 3.248 0.003 0.248 4.032

【参考文献】

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本文编号：2767462