高比表面积活性碳材料的制备及其吸附处理VOCs的研究

发布时间：2017-06-16 10:08

  本文关键词：高比表面积活性碳材料的制备及其吸附处理VOCs的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：国内外很早就开始关注挥发性有机物及其危害,它可以说是继SO、NO和氟里昂之后的又一焦点。工厂里的VOCs污染也很严重。研究吸附处理VOCs有实际意义。(1)以聚丙烯腈纤维为原料,二氧化碳或者氢氧化钾为活化剂,定向刻蚀造孔制备多孔碳。探讨预氧化温度和时间、碳化温度和时间、活化温度和时间、碱碳浸渍比对多孔碳孔径分布以及表面官能团的影响,并确定最佳组合活化条件。对比物理合成技术及化学合成技术得到样品的性质。多孔碳的最高比表面积为3400m2/g。向聚丙烯腈纤维加入KNO3加水搅拌混合,干燥之后取2g,在管式炉中设定程序升至240℃,称量得到的稳定化纤维,取碳碱质量比33%,在氮气气氛下由室温升到799℃,多孔碳的最高SBET为3825 m2/g。ACF吸附典型气态污染物toluene和n-hexane的速率较大。在不同工况下的吸附表明:提升温度,吸附量减小;升高VOC浓度和空速,VOC去除饱和时间变短。采用KOH最高产率是39%,CO2的最高产率是35%。(2)以工业煤制油沥青为原料,经过氢氧化钾活化制备超高比表面积的碳材料,研究制备条件(主要是碱炭比)对比表面积的影响,最高比表面积为3340 m2/g,此时得率为20%。研究了沥青基活性碳制备过程中各阶段样品的表面官能团的演变,FTIR图谱有利于了解制备过程的实质变化。分别研究吸附的工况条件对活性碳吸附醋酸乙酯能力的影响,并确定最优条件下制备的活性碳对醋酸乙酯的最大吸附量为671mg/g。以上单组份动态吸附采用Yoon-Nelson模型拟合度很高,达到99%,而且吸附量和时间的关系采用准二级方程和班厄姆方程的拟合度较高。(3)实验配制一定比例的双组份混合气体,比较其在活性碳纤维上的竞争性吸附;甲苯与活性碳纤维结合力强于n-hexane和aceticether;提高vapor含量,对污染物的去除干扰变得强烈;100℃原位氮气吹扫脱附表明,在45min能够达到96%脱附率,60min达到100%脱附率。且脱附在前10min会达到90%。(4)改性聚丙烯腈基活性碳纤维,以三聚氰胺、聚乙二醇2000和尿素为改性剂,研究改性之后的样品对挥发性有机物的吸附量。
【关键词】：高比表面积活性碳 挥发性有机物 吸附 吸附动力学 改性
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X701;TQ424.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 前言9-21
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 VOCs的危害及来源11-12
• 1.3 活性碳对VOCs的防治研究12-14
• 1.3.1 催化燃烧法12
• 1.3.2 活化光催化氧化法12-13
• 1.3.3 吸附法13-14
• 1.4 活性碳技术14-17
• 1.4.1 PAN基ACF的制备及吸附特性14-15
• 1.4.2 沥青基AC的制备及吸附特性15-16
• 1.4.3 吸附的动力学研究16-17
• 1.5 表面官能团的改性17-18
• 1.5.1 活性碳的浸渍改性17-18
• 1.5.2 其它改性方法18
• 1.6 研究目的、内容和思路18-21
• 1.6.1 研究目的18
• 1.6.2 研究内容18-19
• 1.6.3 技术设计思路及研究意义19-21
• 第2章 PAN基ACF的合成及表征21-44
• 2.1 实验部分21-22
• 2.1.1 实验材料和仪器21
• 2.1.2 实验方法21
• 2.1.3 样品表征21-22
• 2.2 物理活化样品的表征22-27
• 2.2.1 优化制备条件22-24
• 2.2.2 ACF吸附甲苯的动态穿透曲线24-27
• 2.3 化学活化样品的表征27-39
• 2.3.1 PAN基ACF的表征27-30
• 2.3.2 优化制备条件30-32
• 2.3.3 预测模型及动力学拟合32-39
• 2.3.4 对甲苯的吸附测试39
• 2.4 固定床层参数39-43
• 2.5 小结43-44
• 第3章 沥青基AC制备及表征44-63
• 3.1 实验部分44-45
• 3.1.1 实验材料和仪器44
• 3.1.2 实验方法44
• 3.1.3 样品表征44-45
• 3.2 化学活化样品的表征45-60
• 3.2.1 沥青基AC的表征45-51
• 3.2.2 优化制备条件51-55
• 3.2.3 对醋酸乙酯的去除55-60
• 3.3 吸附行为的深度探讨60-61
• 3.4 小结61-63
• 第4章 ACF吸附两组份气体63-70
• 4.1 Toluene和n-hexane的竞争63-65
• 4.2 N-hexane和vaper的竞争65-67
• 4.3 Toluene和ethylacetate的竞争67-68
• 4.4 脱附行为的探讨68-69
• 4.5 小结69-70
• 第5章 ACF的改性70-78
• 5.1 实验器材与试剂70
• 5.2 改性ACF的制备与表征70-77
• 5.2.1 制备方法与步骤70
• 5.2.2 红外表征及吸附测试70
• 5.2.3 吸附测试结果与分析70-77
• 5.3 助活化剂77
• 5.4 小结77-78
• 第6章 结论与建议78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 建议79-80
• 参考文献80-86
• 致谢86-88
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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