蜂窝活性炭对乙酸乙酯吸附脱附性能研究
发布时间：2021-06-25 09:11
针对市售蜂窝活性炭对乙酸乙酯的吸附脱附性能进行中试研究,旨在为实际工程选型应用提供数据支撑。通过测定蜂窝活性炭不同工况条件对乙酸乙酯污染物的动态吸附穿透曲线,利用Yoon-Nelson模型拟合和回归分析,获得不同条件对蜂窝活性炭吸附性能的影响和关系式。结果表明废气中乙酸乙酯浓度对蜂窝活性炭的饱和吸附量和无效层厚度的影响为正相关;相对湿度对蜂窝活性炭的饱和吸附量的影响为负相关,对无效层厚度的影响为正相关。在已知废气浓度和湿度的工程应用中,可采用关系式Y1=16.65+0.03X1-0.2X2和Y2=-5.00+0.0086X1+0.075X2分别对蜂窝活性炭的动态饱和吸附量和无效层厚度进行初步估算。在热空气脱附过程中,开始脱附需保证最后一层炭的入口温度达到55℃;阶梯升温可以获得稳定的脱附浓度,但其脱附浓度的高低受起始温度的影响。
【文章来源】：能源与环境. 2020,(04)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
蜂窝活性炭动态吸附实验装置示意图
研究在维持风量50 m3/h、温度30℃、相对湿度40%不变的情况下，测得不同初始浓度的乙酸乙酯气体通过6层高度的蜂窝活性炭吸附床的穿透曲线如图2所示。由图2的穿透曲线可见，随着吸附入口初始浓度的不断提高，蜂窝活性炭的吸附穿透曲线逐渐变陡并向左移动。以30 mg/m3的穿透浓度为限，当吸附床入口气体浓度由48 mg/m3提高到174 mg/m3时，穿透时间不断提前，降低了炭床的有效防护时间。穿透曲线的Yoon-Nelson模型拟合结果显示，相关系数为0.971～0.993，拟合性较好。由表3中参数可明显看出，随着入口乙酸乙酯浓度的增加，蜂窝活性炭的动态饱和吸附容量增加，kvC0/a0值变大，无效层厚度增加。研究认为kvC0/a0值的大小直接反映了穿透曲线斜率的大小，kvC0/a0值越大，说明穿透曲线斜率越大，吸附剂的吸附速率越快[14]。提高入口浓度会使得乙酸乙酯分子与蜂窝活性炭吸附孔隙发生有效碰撞的几率增加，并且气相与活性炭表面乙酸乙酯的浓度梯度较大，双重因素导致了蜂窝活性炭吸附量和吸附速率的提高。无效层厚度即吸附床传质区的长度，其值越大说明吸附床的有效利用率越低[15]。随着入口浓度的提高，乙酸乙酯的外扩散速度和外扩散推动力增加，导致传质区的长度增加，床层有效利用率下降，穿透时间大大提前[16]。
为了考察进气湿度对蜂窝活性炭吸附性能的影响，研究控制进气相对湿度20%、40%和80%三个梯度，测试得到在30℃环境下，不同相对湿度条件下乙酸乙酯的穿透曲线（见图3）。如图3所示，随着气体湿度的不断提高，蜂窝活性炭的吸附穿透曲线向左移动，保护时间下降。当以30 mg/m3的穿透浓度为限，入口气体湿度超过40%时，保护时间急剧下降。对得到的穿透曲线与Yoon-Nelson模型进行拟合，由表4的拟合结果可知，相关系数均大于0.95，吻合度高。随着气流相对湿度的增加，蜂窝活性炭的动态饱和吸附量下降，kvC0/a0值和无效层厚度增加。说明湿度的增加会加快蜂窝活性炭的吸附饱和，活性炭的有效利用率下降。分析认为该结果与水分子和乙酸乙酯的竞争吸附有关。实验采用的蜂窝活性炭并未进行疏水处理，水分子的极性大于乙酸乙酯的极性，所以当气流相对湿度增加，水汽粘附在蜂窝活性炭表面的含氧基团上，然后更多的水汽通过粘附的水分子的羟基进一步的吸附在蜂窝活性炭上，导致留给乙酸乙酯的有效孔容积减少，最终导致吸附容量下降，吸附速率增加[17]。由于水汽的竞争吸附，导致乙酸乙酯在吸附剂表面的传质阻力增大，无效层厚度增加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]蜂窝状ZSM-5型分子筛对丙酮和丁酮吸附性能研究[J]. 杜娟,栾志强,解强,叶平伟,李凯,王喜芹. 环境科学. 2013(12)
[2]干气中乙烯丙烯在活性炭上的动态吸附和脱附特性研究[J]. 季丰,苏宝根,邢华斌,鲍宗必,苏云,杨亦文,任其龙. 高校化学工程学报. 2013(04)
[3]挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策[J]. 今日农药. 2013(07)
[4]蜂窝状活性炭对VOCs的吸-脱附性能研究[J]. 韩忠娟,罗福坤,李泽清. 环境科学. 2011(12)
[5]活性炭纤维预处理方法对甲苯吸附性能的影响[J]. 邓兵杰,张丽,李晨曦,李惠民,曾向东. 安全与环境工程. 2007(03)
[6]活性炭纤维吸附苯系物影响因素的研究[J]. 孙辉,薛文平,姜莉莉,林海,赵一玲. 环境科学与技术. 2007(07)
[7]活性炭吸附苯、甲苯废气的研究[J]. 金一中,徐灏,谢裕坛. 高校化学工程学报. 2004(02)
硕士论文
[1]超滤膜—树脂吸附法分离制备茶多酚的工艺研究[D]. 侯晨晔.合肥工业大学 2013
[2]泡沫活性炭的制备及其对挥发性有机化合物的吸附性能研究[D]. 陈理.北京化工大学 2010
本文编号：3248936
【文章来源】：能源与环境. 2020,(04)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
蜂窝活性炭动态吸附实验装置示意图
研究在维持风量50 m3/h、温度30℃、相对湿度40%不变的情况下，测得不同初始浓度的乙酸乙酯气体通过6层高度的蜂窝活性炭吸附床的穿透曲线如图2所示。由图2的穿透曲线可见，随着吸附入口初始浓度的不断提高，蜂窝活性炭的吸附穿透曲线逐渐变陡并向左移动。以30 mg/m3的穿透浓度为限，当吸附床入口气体浓度由48 mg/m3提高到174 mg/m3时，穿透时间不断提前，降低了炭床的有效防护时间。穿透曲线的Yoon-Nelson模型拟合结果显示，相关系数为0.971～0.993，拟合性较好。由表3中参数可明显看出，随着入口乙酸乙酯浓度的增加，蜂窝活性炭的动态饱和吸附容量增加，kvC0/a0值变大，无效层厚度增加。研究认为kvC0/a0值的大小直接反映了穿透曲线斜率的大小，kvC0/a0值越大，说明穿透曲线斜率越大，吸附剂的吸附速率越快[14]。提高入口浓度会使得乙酸乙酯分子与蜂窝活性炭吸附孔隙发生有效碰撞的几率增加，并且气相与活性炭表面乙酸乙酯的浓度梯度较大，双重因素导致了蜂窝活性炭吸附量和吸附速率的提高。无效层厚度即吸附床传质区的长度，其值越大说明吸附床的有效利用率越低[15]。随着入口浓度的提高，乙酸乙酯的外扩散速度和外扩散推动力增加，导致传质区的长度增加，床层有效利用率下降，穿透时间大大提前[16]。
为了考察进气湿度对蜂窝活性炭吸附性能的影响，研究控制进气相对湿度20%、40%和80%三个梯度，测试得到在30℃环境下，不同相对湿度条件下乙酸乙酯的穿透曲线（见图3）。如图3所示，随着气体湿度的不断提高，蜂窝活性炭的吸附穿透曲线向左移动，保护时间下降。当以30 mg/m3的穿透浓度为限，入口气体湿度超过40%时，保护时间急剧下降。对得到的穿透曲线与Yoon-Nelson模型进行拟合，由表4的拟合结果可知，相关系数均大于0.95，吻合度高。随着气流相对湿度的增加，蜂窝活性炭的动态饱和吸附量下降，kvC0/a0值和无效层厚度增加。说明湿度的增加会加快蜂窝活性炭的吸附饱和，活性炭的有效利用率下降。分析认为该结果与水分子和乙酸乙酯的竞争吸附有关。实验采用的蜂窝活性炭并未进行疏水处理，水分子的极性大于乙酸乙酯的极性，所以当气流相对湿度增加，水汽粘附在蜂窝活性炭表面的含氧基团上，然后更多的水汽通过粘附的水分子的羟基进一步的吸附在蜂窝活性炭上，导致留给乙酸乙酯的有效孔容积减少，最终导致吸附容量下降，吸附速率增加[17]。由于水汽的竞争吸附，导致乙酸乙酯在吸附剂表面的传质阻力增大，无效层厚度增加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]蜂窝状ZSM-5型分子筛对丙酮和丁酮吸附性能研究[J]. 杜娟,栾志强,解强,叶平伟,李凯,王喜芹. 环境科学. 2013(12)
[2]干气中乙烯丙烯在活性炭上的动态吸附和脱附特性研究[J]. 季丰,苏宝根,邢华斌,鲍宗必,苏云,杨亦文,任其龙. 高校化学工程学报. 2013(04)
[3]挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策[J]. 今日农药. 2013(07)
[4]蜂窝状活性炭对VOCs的吸-脱附性能研究[J]. 韩忠娟,罗福坤,李泽清. 环境科学. 2011(12)
[5]活性炭纤维预处理方法对甲苯吸附性能的影响[J]. 邓兵杰,张丽,李晨曦,李惠民,曾向东. 安全与环境工程. 2007(03)
[6]活性炭纤维吸附苯系物影响因素的研究[J]. 孙辉,薛文平,姜莉莉,林海,赵一玲. 环境科学与技术. 2007(07)
[7]活性炭吸附苯、甲苯废气的研究[J]. 金一中,徐灏,谢裕坛. 高校化学工程学报. 2004(02)
硕士论文
[1]超滤膜—树脂吸附法分离制备茶多酚的工艺研究[D]. 侯晨晔.合肥工业大学 2013
[2]泡沫活性炭的制备及其对挥发性有机化合物的吸附性能研究[D]. 陈理.北京化工大学 2010
本文编号：3248936
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