活性炭纤维吸附甲烷（共8篇）
活性炭纤维吸附甲烷 篇1
1 活性炭纤维吸附甲烷的基础理论
活性炭纤维 (Actived Carbon Fiber, ACF) 是20世纪60年代在活性炭工业和炭纤维基础上发展起来的一种新型高吸附材料, 是继粉状、粒状活性炭之后的第三代活性炭产品, 在空气净化、气体选择性吸附及催化方面的应用非常广泛, 因此对微孔活性炭纤维的相关研究工作具有十分深远的意义。
1.1 活性炭纤维孔隙结构
ACF是一种具有丰富微孔结构的非极性吸附剂, 其孔径一般集中在2.0nm以下, 含有少量过渡孔, 很少或基本不含大孔, 其优越的脱吸附性能与其丰富的微孔结构密切相关。且由于表面碳原子的不饱和性, 它能以化学形式结合碳以外的原子及原子基团, 从而构成了独特的表面化学结构。
活性炭纤维的微孔结构及比表面积与其制备过程中的炭化活化条件密切相关, 依据不同的预期效果采用适当的活化方法, 活性炭纤维一般采用物理活化法 (水蒸气、二氧化碳) 或化学活化法 (KOH、ZnCl2) 。
1.2 活性炭纤维的吸附机理
ACF吸附一般认为是物理吸附过程, 吸附速度迅速。物理吸附与化学吸附存在着本质的区别, 化学吸附一般发生在类似于边缘碳这样的活性位上, 吸附剂表面与吸附质之间是由化学结合力作用引起的吸附, 存在固定吸附位, 且吸附分子不能沿表面移动, 而物理吸附则是范德华力中的色散力起决定性作用。
1.3 活性炭纤维的优点
活性炭纤维自从开发以来就被广泛的应用, 这是由于活性炭纤维有比活性炭等吸附剂更加优越的性能。与活性炭相比, 活性炭纤维具有以下优点:
1) 活性炭纤维孔径结构主要以微孔为主, 其比表面积比活性炭大得多, 因此吸附容量大;活性炭纤维的孔大部分分布在表面, 这种结构有利于与吸附质的充分接触, 有利于提高吸附、脱附速度, 另一方面有利于实现吸附设备小型化、高效化。
2) 活性炭纤维的吸附位多且大部分分布在纤维表面, 容易通过二次处理 (酸、碱处理) 来调整孔径大小及分布, 使其与吸附质的分子尺寸相匹配, 另外还可以通过引进合适的官能团提高气体分离效果。
3) 活性炭纤维可以根据需要加工成多种形态, 如纤维、毡、布、纸、网以及蜂窝结构等, 使其可以使用于各种操作装置和吸附工艺, 提高了它的适应性。
2 活性炭纤维的甲烷吸附实验研究
炭质吸附剂对天然气的吸附量与其比表面积及孔隙结构密切相关, 其中吸附剂的孔径大小与分布以及吸附质分子的性质是影响吸附效果的最主要因素。对此本文介绍几种常用表征活性炭纤维特性及吸附性能的手段, 为甲烷吸附剂的研究开发提供一定的理论基础:
1) 活性炭纤维的吸附性能是由其本身的微结构所决定的, 因此对活性炭纤维的微结构诸如比表面积、微孔容及孔径分布等进行考察研究非常必要。可采用美国麦克公司生产的自动吸附仪进行液氮吸附实验测定相关孔隙结构参数。一般采用标准的BET方法计算样品的比表面积, 而总孔容、微孔孔容、样品孔径分布则可采用密度函数理论 (DFT法) 、t-plot法或H-K法计算。
2) 炭质吸附剂的吸附特性不仅决定于其孔隙结构, 表面化学官能团对其也有一定的影响, 可采用傅里叶红外光谱实验定性并半定量的灵敏检测活性炭纤维组成物种和表面官能团, 以此观察不同改性方法对活性炭纤维表面化学官能团的影响, 从而进一步研究吸附剂表面官能团与甲烷吸附量的相互关系, 也可结合Boehm滴定法测定多孔炭表面的酸碱基团数量。
3) 采用扫描电子显微镜对活性炭纤维表面和断面进行观察, 表面凹凸程度由不同灰度来表达, 亮的区域为“峰”, 暗的区域为“低谷”。通过对样品的孔隙结构的观察, 可以清楚地看到多孔炭随着活化程度的改变, 孔隙结构的发展。
4) 从求出的表征参数可以发现经过活化的活性炭纤维在孔径大小及其分布方面有一定的变化, 但它们对吸附剂吸附量影响的大小不能确定, 因此需要求取吸附剂的特征吸附能。D—R方程理论基础是微孔填充理论, 尤其适用于活性炭纤维这类以微孔填充吸附为主的吸附剂, 因此特征吸附能可以通过对吸附等温线的D—R线性拟合求得。特征吸附能可以反映一种吸附剂对不同吸附质的吸附能力, 也可以反映同一吸附质在不同吸附剂上吸附行为, 特征吸附能越大, 说明吸附质和吸附剂的亲和力越大。
5) 采用静态吸附实验, 可以测量出吸附剂对CH4和N2的吸附量, 从而计算出CH4/N2的分离因子。一般采用恒定容积法测量吸附剂对CH4和N2的静态吸附量, 取一定量的吸附剂, 使其吸附一定量的气体, 测量吸附平衡之后剩余气体的量, 吸附前后的差值即为被吸附气体的量。
3 前景与展望
活性炭纤维作为一种新型的高吸附材料, 越来越多的科研工作者投身于这一材料的研制开发之中, 但限制其广泛应用的主要原因之一是其价格较高。随着技术的不断发展, 制作工艺手段的不断改进, 活性炭纤维的生产成本将会逐步降低, 其应用领域也必将得到更深层次的开拓。与其它技术的联合使用将会是活性炭纤维未来研究的新方向。
摘要：基于我国瓦斯利用量大但利用率低的问题, 本文从孔隙结构、吸附机理及吸附优点三个方面介绍活性炭纤维, 并归纳总结活性炭纤维吸附实验研究的相关方法, 为甲烷吸附剂的研究提供一定的理论基础。
关键词：瓦斯,活性炭纤维,吸附理论
参考文献
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活性炭纤维吸附甲烷 篇2
摘要：在四溴双酚A的生产过程中,使用氯苯作为溶剂,出现于各个工序,尤其是离心工序,会挥发出大量氯苯气体.由于氯苯的`危害性,整个系统采用闭路排空,将这些氯苯气体收集,利用活性炭纤维吸附回收处理,氯苯回收在95%以上.作 者：白玉伟 刘长亮 作者单位：白玉伟(河北工业职业技术学院,河北,石家庄,050091)
刘长亮(天津长芦汉沽盐场责任有限公司精细化工厂,天津,300480)
改性活性炭吸附低浓度甲烷的研究 篇3
本文采用动态吸附实验装置考察了不同吸附剂的甲烷吸附性能,然后以椰壳活性炭为吸附剂,考察了活性炭改性方法不同对甲烷吸附性能的影响,为分离浓缩低浓度甲烷技术提供应用基础。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
气相色谱仪(GC9790),浙江福立分析仪器有限公司;真空干燥箱(DZF-6020),上海一恒科学仪器有限公司;马弗炉(SX2-2.5-12),沈阳市长城工业电炉厂。
椰壳活性炭,北京金达威活性炭有限公司;99.999%N2、0.993%CH4/N2,大连大特气体有限公司;氨水、硝酸铁、硝酸镁、硝酸铜等化学试剂均为分析纯。
1.2 吸附剂的制备与表征
1.2.1 活性炭的热处理
将活性炭在N2气氛保护下以6 ℃/min的升温速率升至500 ℃/700 ℃,保温处理1 h,冷却至室温,热处理后的活性炭记为X ℃-AC,X代表处理温度。
1.2.2 活性炭的氨水改性
将活性炭按照10 mL/g液固比置于质量分数分别为5%、10%、15%的氨水溶液中浸渍处理一定时间,水洗至滤液pH为中性,110 ℃干燥3 h得氨水改性的活性炭,记为X%NH3·H2O-AC,X代表氨水的质量分数。
1.2.3 活性炭的金属改性
采用等体积浸渍法制备金属改性的活性炭,金属氧化物的负载量为5/%(ω)。将活性炭置于一定量的金属盐溶液中浸渍一段时间后,110 ℃干燥3 h;然后在N2气氛下于350 ℃焙烧3 h,冷至室温,金属改性的活性炭记为X-AC,X代表负载金属种类。
1.2.4 活性炭的表征
样品的比表面积、孔容及孔径分布利用北京精微高博科技有限公司JW-BK型静态吸附比表面测试仪测定,采用BET公式计算比表面积,HK公式计算微孔孔径分布及孔容。
1.3 甲烷吸附装置及穿透曲线测定
实验采用动态法吸附实验装置(图1)测定甲烷的穿透曲线。首先通入N2对吸附柱冲压至0.6 MPa,关闭N2;使原料气以100 mL/min的流速通过吸附柱;出口气体浓度用福立9790气相色谱(FID检测器)在线分析,以出口气体组成对应吸附时间作图得甲烷的穿透曲线。甲烷的吸附量[10]根据吸附穿透曲线计算得到。
1.减压阀;2.球阀;3.质量流量控制器;4.压力表; 5.截止阀;6.吸附柱; 7.温控仪; 8.背压阀;9.气相色谱仪
2 结果与讨论
2.1 甲烷在不同吸附剂上的吸附
图2是金属有机骨架材料MIL,丝光沸石及活性炭对甲烷的吸附穿透曲线。由图2可知,甲烷在活性炭吸附剂上的穿透时间较长。这是吸附剂的比表面积、孔道结构及表面极性的差异造成的。丝光沸石表面是极性的,与非极性分子相比,对极性分子的吸附更容易进行;金属有机骨架材料MIL的孔径为2 nm 左右,是一种介微孔材料,孔径较大对甲烷的吸附力较弱,所以较早穿透;活性炭的比表面积较大、微孔丰富且具有适量的中孔,对甲烷的吸附性能较好。煤基活性炭比椰壳活性炭的穿透时间长2 min,但实验室现有的煤基活性炭为3 mm柱状,装填时床层孔隙率大,使用前需要破碎,破碎过程中会造成活性炭的大量损耗,因此选用粒状椰壳活性炭为吸附剂,考察改性方法不同对甲烷吸附性能的影响。
2.2 高温热处理对CH4吸附性能的影响
图3是不同热处理温度下活性炭的甲烷穿透吸附量和饱和吸附量的柱状图。由图3可知,甲烷的吸附量随热处理温度的升高而降低,且降低的速率逐渐减小。实验过程中发现,活性炭经过高温热处理后会析出白色固体,且700 ℃处理后的析出量比500 ℃处理后的析出量多。高温热处理可能破坏了活性炭的孔道结构,降低了活性炭的比表面积,并使活化剂析出。
表1是热处理前后活性炭的BET比表面积、孔容积及孔径分布。从中可以看出,椰壳活性炭经500 ℃高温热处理后,活性炭的比表面积、总孔容积及微孔容积均降低,微孔的可几孔径增大。说明高温处理对活性炭的孔道结构造成了破坏,使部分孔道坍塌,造成活性炭比表面积及孔容积的降低,微孔孔径变大,对甲烷的吸附力变弱,从而降低了甲烷的吸附量。
2.3 氨水处理对CH4吸附性能的影响
图4是不同浓度氨水处理后活性炭的甲烷穿透吸附量和饱和吸附量图。由图4可知,椰壳活性炭经氨水处理后甲烷的吸附量降低,不同浓度氨水处理的活性炭其吸附量无明显差异。
表2是氨水处理前后活性炭的BET比表面积、孔容积及微孔最可几孔径。从中可以看出,椰壳活性炭经氨水处理后,活性炭的比表面积、总孔容积及微孔容积均降低,微孔的最可几孔径增大。活性炭比表面积的降低及微孔孔径的增大使其甲烷吸附性能降低。
2.4 金属改性对CH4吸附性能的影响
图5是不同金属改性后活性炭的甲烷吸附穿透曲线。由图可知,甲烷穿透时间的顺序为:Fe(Ⅲ)>Cu(Ⅱ)>Mg(Ⅱ)>AC>Ag(Ⅰ)>Ni(Ⅱ)>Zn(Ⅱ),说明Fe、Cu、Mg金属改性可以提高活性炭的甲烷吸附性能,而Ag、Ni、Zn改性不能提高活性炭的甲烷吸附性能。这是因为Ag、Ni、Zn改性使活性炭的部分孔结构堵塞,而改性后活性炭表面的金属氧化物与甲烷分子的结合力也不强,从而导致吸附性能的降低;Fe、Cu、Mg改性虽然也会堵塞活性炭的部分孔道,但表面生成的金属氧化物与甲烷分子的结合力可能较强,从而使甲烷的吸附性能提高。
3 结 论
(1)具有较大比表面积、丰富微孔、适量中孔的活性炭类吸附剂,对甲烷的吸附性能较好。
(2)活性炭经高温热处理及氨水改性处理,活性炭的比表面积和孔容积降低,微孔孔径变大,对甲烷的吸附力变弱,从而使甲烷的穿透吸附量和饱和吸附量降低。
(3)金属改性可以改变活性炭的甲烷吸附性能,铁、镁、铜改性可以提高活性炭的甲烷吸附量。
摘要：考察了低浓度甲烷在不同种类吸附剂上的动态吸附性能,结果发现活性炭类吸附剂对甲烷的吸附性能较好。以椰壳活性炭为吸附剂,考察了高温热处理、氨水改性及金属改性对活性炭甲烷吸附性能的影响。实验表明,对活性炭进行高温热处理、氨水处理后其甲烷吸附性能降低,金属改性对甲烷吸附性能的影响视金属的种类而定。
关键词：活性炭,改性,甲烷,吸附
参考文献
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活性炭纤维吸附甲烷 篇4
关键词：活性炭纤维,电吸附,双电层,除盐
目前国内外工业应用的除盐方法主要有膜分离法 (电渗析和反渗透) 、离子交换和蒸馏法等, 每种方法都有一定的适用范围和优缺点, 因此, 新的除盐方法在不断的开发中。电吸附就是一种新型的除盐技术, 其工作原理是在外加电场作用下, 溶液和电极的交界面上形成一双电层, 通过静电力作用将溶液中的离子储存在双电层中, 而电场一旦撤销, 被吸附的离子又会返回到溶液中, 使电极得到再生[1,2,3]。电吸附除盐与现行的除盐法相比具有以下优点:与电渗析和反渗透相比, 电吸附不需要膜, 更容易操作[4];与离子交换相比, 电极不需要酸、碱再生, 所以减少了二次污染[5];与蒸馏相比, 电吸附所需要的能耗更低[6]。所以电吸附技术被广泛关注, 并开展了诸多领域的应用研究[7,8,9]。
1 材料及方法
1.1 活性炭纤维电极的制备
采用辽宁森鑫活性炭纤维厂生产活性炭纤维, 厚度1mm, 首先将活性炭纤维剪成31cm*12cm大小, 放入纯水中煮沸2小时, 以去除其水溶性和挥发性物质, 然后在纯水中浸泡24小时, 挤干水, 在烘箱中120℃烘24小时以除表面杂质, 即得活性炭纤维电极。
1.2 实验装置及分析方法
取两块活性炭纤维电极, 中间由塑料网格隔开后一同置入用硅胶板做成的密封圈内, 电极两头用导线与直流稳压电源连接, 电极外侧加设如同电渗析的塑料电极极框, 在极框两端开设进出水孔, 再由两块不锈钢板压紧, 由此组成电吸附装置 (如图1所示) 。
实验用水为邯郸自来水 (电导率680-730μS/cm) , 试验中采用DDS-11电导率仪测定产水电导率, 电压和电流分别在仪表上直接读取。
2 试验结果及分析
2.1 电压对电吸附除盐效果的影响。
电极间距1mm, 流速为0.56m/min, 改变电压, 测定不同电压对电吸附除盐效果的影响, 结果见图2。从图2中可知, 随着电压的升高, 电极对水中离子的吸附速率呈上升趋势, 在试压范围内, 电压6V时出水电导率最低, 但是电压过高时, 水解离加剧, 产生氧气和氢气, 使电流效率下降, 综合考虑, 电压在2V时为最佳。
2.2 电极间距对电吸附除盐的影响。
采用电压为2V, 流速为0.56m/min, 改变电极间距, 测定不同电极间距对电吸附除盐效果的影响, 结果见图3。由图3可知, 当电极间距为1mm时出水电导率最低降至465μS/cm, 而间距为3mm和4mm时出水电导率下降缓慢, 这表明电极间距越小, 离子迁移到双电层的距离缩短, 吸附速率加快, 但过短的电极间距不利于水的流动, 还可能导致电极短路, 增加能耗, 因此1mm为最佳。
2.3 流速对电吸附除盐的影响。
采用电压为2V, 电极间距1mm, 改变运行流速, 实验结果见图4。由图4可以看出, 流速越小, 出水电导率越低, 这是因为水力停留时间长, 可保证足够的时间使得离子向双电层迁移而不被水流带走, 而流速过快, 大量离子来不及被吸附就被水流带走, 电吸附脱盐效果差。虽然流速为0.35m/min可达到较高脱盐效率, 但是流速小时, 电极间水力扰动小, 传质速度慢, 吸附速率减慢, 同时处理量也小, 不经济。综合考虑, 流速为0.56m/min较佳。
2.4 流程长度对电吸附除盐的影响。
不同流程长度对电吸附除盐的影响, 可以转化为循环次数对电吸附除盐的影响, 即每循环一次, 流程增加30cm, 采用的实验条件为:电压为2V, 间距1mm, 流速为0.56m/min, 实验结果见图5。图5中, 随着流程长度的增加, 出水电导率降低, 脱盐效果越好, 流程长度为210cm时, 脱盐效率接近80%, 流程长度为330cm时, 脱盐率达到90%, 此后继续增加流程长度, 除盐率增加缓慢, 说明流程长度在210-330cm较为合理。
结论。 (1) 自制活性炭纤维电极电吸附除盐, 最佳电压为2V。 (2) 电极间距越小, 离子迁移到双电层的距离短, 电吸附效果好, 考虑水流阻力, 1mm的间距较合适。 (3) 流速越小, 水力停留时间越长, 可以保证离子向双电层迁移而不被水流带走, 脱盐效果好, 考虑经济性, 流速为0.56m/min最佳。 (4) 流程越长, 出水电导率越低, 当流程长度330cm时除盐率达到90%以上, 显示了广阔的应用前景
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活性炭纤维吸附甲烷 篇5
苯氧化法是生产顺酐的传统方法, 工艺技术成熟可靠, 我国顺酐生产仍以此法为主, 而其中有机废气苯的回收是目前化工行业所面临的重大问题。兰炼顺酐车间投产至今, 顺酐产品质量较为稳定, 自吸收塔排出的尾气中主要成分有:未反应的苯、二甲苯、CO2、CO、N2、H2O、O2及少量酸性气体等, 将尾气送入活性炭纤维吸附装置, 除去苯、二甲苯等有机物后排空, 其中苯解析冷凝后可以回收并将其作为原料进一步加以反应, 以降低原料苯的消耗, 而该车间苯的回收装置并未达到预期效果, 至今未回收到苯, 若按废气中每年损耗苯300t, 每吨9000元计算, 废气中的苯的浪费直接造成每年约270万的经济损耗, 并且给环境和人类健康带来严重的危害。国内外治理有机废气技术主要有深冷、燃烧、吸附3种。采用深冷法设备庞大、能耗高、投资大、效果差。燃烧法不能回收有机溶剂, 还可能带来二次污染和安全隐患。吸附法是较为普遍应用的方法, 在净化废气的同时, 回收废气中的有机溶剂, 在实际工业生产中常用的吸附剂有活性炭、改性活性炭及活性炭纤维。
1 吸脱附原理[1]
吸附作用又称吸着作用, 是两相交界面上物质分子浓度自动发生变化的现象。吸附体系由吸附剂和吸附质组成, 活性炭纤维是常用吸附剂的一种, 活性炭纤维对吸附质分子的吸附, 主要取决于表面的物理结构和化学结构, 活性炭纤维以其表面大量的不饱和碳构筑成了独特的吸附结构, 它是一种典型的的微孔炭, 其含有的许多不规则结构 (杂环结构) 或含有表面官能团的结构, 具有极大的表面积, 也就造成了微孔相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场, 提供一个吸附总分子物理和化变化的高压体系。活性炭纤维不含有大孔, 其微孔占大多数当微孔与分子尺寸大小相当时, 在范得华力作用下相距很近的吸附场发生叠加, 引起微孔内吸附势的增加而活性炭纤维表面的孔口多, 容易吸附和脱附, 而且吸脱行程短, 因此, 活性炭纤维是一种的优良的吸附剂。除了内因外, 活性炭的吸附能力还受以下外因的影响: (1) 压力越高, 吸附力越强; (2) 温度越低, 吸附力越强; (3) 被吸附组分浓度越高, 吸附力越强。
脱附过程是在吸附剂结构不变化或者变化极小的情况下, 将吸附质从吸附剂孔隙中除去, 恢复它的吸附能力。通过再生使用, 可以降低处理成本, 减少废渣排放, 同时回收吸附质。被吸附的组分重新释放, 释放的气体浓度高于原混合气的浓度。促进解吸附的条件有: (1) 提高温度 (热再生) ; (2) 抽真空以降低压力 (变压解吸附) ; (3) 降低吸附剂周围组织的浓度 (空气吹扫) 。
2 废气苯回收方法
2.1 活性炭对苯废气的吸收
对于低浓度的苯废气的有效去除方法之一是利用活性炭吸附法。用活性炭作为吸附剂的吸附方法处理苯废气是控制大气污染广泛采用的技术, 而值得研究的问题是寻求一种简单易行的科学方法提高活性炭的吸附效率。因此, 针对含苯废气通过对普通活性炭进行改性处理成为研究方向之一。
2002年, 张丽丹、赵晓鹏等人对改性活性炭对苯废气吸附性作一研究[2]。该论文指出, 采用酸、碱交替改性活性方法处理普通活性炭, 是提高活性炭的苯吸附量, 增大比表面积的简单有效方法。2003年, 蒋绿林、施明恒等[3]在表面 活性炭对苯蒸汽吸附分离过程的实验研究一文中, 该实验利用静态平衡实验方法对多种活性炭 (煤质、本质、果壳类、油焦类颗粒碳) 吸附剂进行广泛筛选和相关性能实验, 并采用美国ASAP2010C全自动吸附仪进行全过程结构分析, 研究表明:活性碳对苯蒸汽的吸附过程为物理吸附, 低温有利于吸附, 提高温度有利于解吸, 吸附、脱附过程与活性炭的结构特征密切相关。改性活性炭吸附剂的吸附容量和工作容量优于一般市售活性炭, 并渴望应用于国内石化企业等行业的苯蒸汽吸附回收利用。
2.2 活性炭纤维对苯废气的吸附
有机废气苯的回收, 传统的方法是采用活性炭或改性活性炭作为吸附剂, 活性炭纤维是多孔碳家族中具有独特性能的一员, 具有比表面积大, 微孔结构发达, 孔径小且分布窄;吸附量大, 解吸速度快等特点, 活性碳纤维是在20世纪60年代初期发展起来的, 20世纪80年代, 国外有了以活性炭纤维作为吸附材料的装置问世, 是废气中有机溶剂去除率大幅度提高, 装置占地更小, 运转耗能更低, 并且实现了自动化运行。活性炭纤维是继粉状活性炭、粒状活性炭之后的第三代高新吸附材料, 与传统的活性炭相比, 具有许多特异的性能, 是吸附能力更强的吸附剂, 具有广阔的发展前景。
对于采用活性炭纤维吸附回收装置处理含苯废气。2003年, 李守信、张文智等[4]曾对此发表论文, 在论文中对处理系统、工艺流程、系统运行参数以及运行安全保障作了具体的叙述。运行实践表明:采用该装置处理含苯废气, 苯的吸附效率大于97%, 每年可回收270t, 企业可得净收益58.4万元。该论文研究了某农药厂200t/a精奎禾灵生产中的咪鲜胺化脱水和咪鲜胺锰盐压滤工序排放的含苯废气回收工艺。该装置工艺中2个吸附器共用一个管路系统, 运行时相互切换, 苯废气由吸附器下部进入而被吸附, 脱附时用水蒸汽作为脱附介质, 蒸汽由吸附器顶部进入, 穿过活性碳纤维毡, 将被吸附的苯脱附出来并带出吸附器, 进入冷凝器, 最后是苯和冷凝水分离而回收苯。
齐鲁石化公司采用宇清化工环保产业发展中心研制的活性炭纤维双吸附器流程, 用于该公司储运厂液体化工产品装火车槽车废气净化回收, 废气中苯系物平均回收率达96.5%, 达国内先进水平。其具体工艺流程采用两个吸附器切换运行, 当吸附器A处于吸附状态时, 吸附器B则处于脱附和冷却、干燥状态;切换时间到了之后, 尾气、蒸汽等阀门自动切换, 吸附器A与B的运行状态互相转换。废气不断地在吸附器A或B中得到净化;被吸附的有机物用蒸汽脱附后进入冷凝器, 、与蒸汽一起被冷凝为液体, 再根据被回收的有机物与水的比重差别分层回收。另外, 还研制了三吸附器流程回收装置, 该流程采用3个吸附器对有机废气进行净化回收, 当吸附器A处于吸附状态时, 吸附器B处于蒸汽脱附状态, 吸附器C处于冷却、干燥状态;切换时间到了之后, 各种阀门自动切换, 吸附器A、B、C的运行状态依次转换, 循环运行。三吸附器流程比双吸附器流程的投资虽然略高, 但对废气中有机物的净化回收率有较大提高。
此外, 深圳百斯特环保有限公司在治理苯类有机废气项目时, 采用的是活性炭纤维和蜂窝状活性炭共装, 以减少系统阻力增大吸附容量。
目前, 国内多家企业, 如, 油漆涂料、喷漆、皮革行业等产生的有机尾气, 如, 苯、甲苯等的回收装置已采用活性碳纤维ACF作为吸附材料, 其工艺流程如下:吸附装置可分为2~3个吸附室, 有微电脑控制, 自动切换, 交替进行吸附, 解吸 (干燥) 等工艺过程;放空的废气经过减压过滤后进入吸附器进行吸附, 吸附一定数量有机废气的ACF, 用水蒸汽进行解析, 解吸出的有机物和水蒸汽一起进入冷凝器中, 经冷凝的有机物和水进入分层槽, 经分层, 上层有机物自动溢流至储槽进行回收利用, 下层的冷凝水排入废水处理系统。
3 活性炭纤维吸附现状及前景
随着人类环保意识的增加和绿色化学的提出, 活性炭纤维 (ACF) 的研究与工业应用受到了各国研究人员的密切关注。日本和美国是研究和使用活性炭纤维的大国, 我国的起步相对较晚, 对活性炭纤维的生产与开发仅处于试用阶段, 其应用领域尚未打开。活性炭纤维的再生一直也是影响其普遍使用的关键问题。国内针对活性炭纤维的有效再生报道不多。主要采用再生活性炭的方法再生活性炭纤维有加热药剂生物再生等。
加热再生是普遍再生的方法, 此技术目前比较成熟, 但再生成本高;药剂再生容易引起二次污染;生物再生还需要进一步研究。因此, 以后的研究应对其改善工艺条件, 开发新的改性方法及改善其结构与性能等, 实现活性炭纤维的工业化应用, 使其更好的发挥作用。此外, 活性炭纤维的价格约是活性炭的5~100倍, 其制造成本要比活性炭、粒状活性炭要高得多, 因而在工业应用中还存在一定的局限性, 因此, 研究开发低成本、高强度的活性炭纤维, 使其利用于废气回收装置及其他领域的应用也将成为今后的研究发展趋势。
参考文献
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活性炭纤维吸附甲烷 篇6
本文以ACF为吸附剂,以亚甲基蓝、中性红及结晶紫溶液为吸附质,研究ACF对染料的吸附规律。并探索活性炭孔径、 温度及p H值对其吸附作用的影响,确定ACF吸附染料的吸附动力学类型。本研究对染料污染的控制与治理有理论和现实意义。
1实验
1. 1材料
实验所用两种活性炭纤维由河南省某活性炭纤维厂提供。三种染料均为分析纯,溶液浓度均为200 mg/L,染料其他相关信息如表1所示。
1. 2实验方法
1. 2. 1 ACF的预处理与特征参数
将ACF研磨过80目筛,将筛下物用蒸馏水反复冲洗,煮沸并冷却烘干后备用。其比表面积与孔径由比表面积及孔径分析仪测得,具体参数如表2所示。
根据IUPAC的规定,吸附剂孔径在2 nm以下的均为微孔。 ACF材料的微孔均开口与表面,其孔径小,吸附容量大且吸附速度快,产生的毛细管凝聚作用还能加强吸附效果[6]。
1. 2. 2染料吸附实验
取25 mg ACF分别置于6个250 m L的三角瓶中,加入染料溶液100 m L,在35 ℃,p H = 7的条件下,以120 r/min进行振荡吸附,每隔一段时间取10 m L上层清液,以3000 r/min离心后测定其吸光度。测完后将溶液及离心沉淀的ACF倒回三角瓶中继续振荡,直至吸附平衡。根据标准曲线可由吸光度确定染料的剩余质量浓度,从而求出不同时间的吸附量。其计算公式如下:
式中: qt———t时间活性炭的吸附量,mg/g
C0———染料溶液的初始浓度,mg/L
Ct———t时刻染料溶液的剩余浓度浓度,mg/L
V———染料溶液的体积,L
m———ACF的质量,g
1. 2. 3 p H与温度对ACF1吸附亚甲基蓝的影响测定实验
取25 mg ACF1分别置于6个250 m L三角瓶中,加入亚甲基蓝溶液100 m L,对于温度条件实验,在p H = 7的条件下将温度条件设置为35 ℃,45 ℃ 两个水平,对于p H条件实验,在温度为35 ℃的条件下,调节溶液p H分别为5、6、8,以120 r/min进行振荡吸附,每隔一段时间取样测定其吸光度,直至吸附平衡。根据公式( 1) 可求出不同时间的ACF1对亚甲基蓝的吸附量。
2结果与分析
2. 1 ACF对不同染料吸附量研究
由图1、图2可知,在相同温度及p H条件下,两种ACF材料对3种染料的饱和吸附量均为中性红> 亚甲基蓝> 结晶紫。这是由于此三种活性染料的分子体积排序为结晶紫> 亚甲基蓝> 中性红,而ACF的孔径较小,染料分子不易进人内孔, 故其内表面不能充分利用,使得其对分子体积较大的染料分子吸附量相对较小。因此相同孔径的ACF对于分子体积较小的有机分子吸附量明显高于大分子。
比较图1、图2可知两种ACF对中性红的吸附容量差距不大,而对亚甲基蓝及结晶紫则有很大差别。对比分子大小可知,ACF1的孔径尺寸大于ACF2,故对于分子体积较小的中性红染料,其吸附容量区别不大,而对于分子体积较大的亚甲基蓝和结晶紫染料,ACF1的吸附容量要明显高于ACF2。
2. 2 ACF对不同染料分子的吸附动力学研究
2. 2. 1常用动力学模型
( 1) 伪一级吸附模型以Lagergren方程描述吸附过程:
式中: qt和qe———t时刻和平衡态时的吸附量,mg·g- 1
k1———伪一级吸附速率常数,min- 1
对上式进行积分可得:
故基于伪一级动力学方程,以ln( qe- qt) 为纵坐标,以t为横坐标作图应得一条直线。
( 2) 伪二级吸附模型以Mc Kay方程计算吸附速率:
对上式进行积分可得:
式中: k2———伪二级吸附速率常数,min- 1
故基于伪二级动力学方程,以t/qt为纵坐标,以t为横坐标作图应得一条直线。
2. 2. 2 ACF对不同染料分子的吸附动力学曲线
将实验数据分别用伪一级和伪二级动力学方程进行拟合, 其数据结果如表3与表4所示。
由表3和表4可知,伪二级动力学模型的R2值远大于伪一级动力学模型,且其拟合相关系数均大于0. 99,故吸附过程更适合用伪二级动力学模型来描述。ACF1吸附亚甲基蓝、中性红、结晶紫的伪二级动力学模型拟合曲线分别为y =0. 0022x + 0. 0216、y = 0. 0015x + 0. 0157、y = 0. 0067x + 0. 119。ACF2吸附亚甲基蓝、中性红、结晶紫的伪二级动力学模型拟合曲线分别为y = 0. 0062x + 0. 1018、y = 0. 015x + 0. 0191、y = 0. 0545x + 0. 857。其拟合曲线如图3、图4所示。
2. 3 p H对ACF1吸附亚甲基蓝的影响
由图5可知,当pH在5 ~ 8的范围内,ACF1对亚甲基蓝溶液的饱和吸附量和吸附速率随着pH的升高而升高。故适当的增加pH值,可以提高ACF1对亚甲基蓝红吸附容量和吸附速率。
2. 4温度对ACF1吸附亚甲基蓝的影响
由图6可知,随着温度的升高,ACF1对亚甲基蓝溶液的饱和吸附量略有升高,这是由于ACF1对亚甲基蓝溶液的吸附为吸热增熵过程,且染料溶液的粘度随着温度的升高而下降, 故而ACF1对亚甲基蓝溶液的饱和吸附量随温度的升高而升高, 但温度的上升也会促进染料的脱附解吸,故在本实验条件下, 温度对ACF1吸附亚甲基蓝的平衡吸附量影响不大。
3结论
本实验通过比较两种不同ACF对亚甲基蓝、中性红、结晶紫三种染料的吸附情况,可得到以下结论:
( 1) ACF孔径大小与其对有机分子的吸附速率成正比。
( 2) ACF对分子体积较小有机分子的吸附能力强于大分子。其孔径的减小对于小分子的吸附能力影响不大,而对大分子则有较大影响。
( 3) 在p H为5 ~ 8的范围内,随着p H的增大,ACF1对亚甲基蓝的吸附速率与吸附容量也随之上升。故适当的增加p H值,可以提高ACF1对亚甲基蓝红吸附容量和吸附速率。
( 4) 温度的提高可使ACF1对亚甲基蓝溶液的饱和吸附量略有升高但差别不大。
( 5) ACF对有机分子的吸附符合伪二级动力学模型。
参考文献
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活性炭纤维吸附甲烷 篇7
1. 实验所用的药品和方法
1.1 实验所用的药品和设备
2, 4二氯酚 (分析纯) , 高锰酸钾 (分析纯) , 高铁酸钾 (分析纯) , 漂白粉 (有效率35%) 粘胶基活性炭纤维, 磁力搅拌器, 振荡器, 紫外分光光度计。
1.2 试验方法
静态试验:将配置好的氯酚 (5mg/l) 溶液1000ml放入大烧杯中, 加入高锰酸钾 (0.5, 1, 2, 3mg/L) 后, 用磁力搅拌器搅拌30min, 移入几个三角瓶中各100ml, 加入不同量的活性炭纤维 (10, 20, 30, 40, 50mg) , 放入振荡器中震荡6h, 然后用0.45um滤膜过滤, 用分光光度法测定剩余2, 4-二氯苯酚, 考察去除率。高铁酸钾与漂白粉类似。
2. 实验结果与分析
图1、2、3为在高锰酸钾、高铁酸钾和漂白粉分别预氧化下的吸附等温线:
2.1从图中可以看出, 高铁酸钾预氧化和漂白粉预氧化对活性炭纤维的饱和吸附量没有明显影响, 在投加量高的时候甚至造成饱和吸附量的降低。而高锰酸钾预氧化能够明显提高活性炭纤维的饱和吸附量。产生这一现象的原因可能有:
三种氧化剂都有很强的氧化性, 但实际效果却有很大差异。通过分析我们可以发现, 高锰酸钾在氧化过程中可以产生中间产物水合二氧化锰, 水合二氧化锰在纯水中生成速度较慢, 但在还原性物质存在时生成速度较快, 而该反应的吸附剂为活性炭纤维, 具有很强的氧化性, 因此在反应过程中会产生较多的水合二氧化锰。这种新生态水合二氧化锰的吸附、氧化以及对高锰酸钾氧化反应的催化作用引起了2, 4二氯酚浓度的进一步降低, 表现为活性炭纤维饱和吸附量的增加。而高铁酸钾和漂白粉不具备上述特点, 并且在高投加量的情况下预先氧化了水中一部分2, 4二氯酚, 造成随后活性炭吸附时饱和吸附量的降低。
2.2 高锰酸钾在很少的投加量下即能对活性炭纤维的饱和吸附量产生影响, 并且随着投加量的增加而增加。
2.3 固定高锰酸钾投加量, 活性炭纤维投加量越低, 吸附增强越明显。产生这一现象的原因可能有:活性炭投加量高时吸附在试验条件下并没有达到吸附平衡;投加量低时与高锰酸钾的接触更多, 有利于吸附增强。
3. 结论
高锰酸钾预氧化能够提高活性炭纤维的饱和吸附量, 这种吸附增强作用来源于氧化反应过程中间产物水合二氧化锰的吸附、氧化以及对高锰酸钾氧化的催化作用。
摘要：本文主要研究预氧化对活性炭纤维吸附水中微量2, 4二氯酚的影响。采用静态吸附实验, 研究发现, 高锰酸钾预氧化能够提高活性炭纤维的饱和吸附量, 这种吸附增强作用随着高锰酸钾投量的增加而增加, 且二者连用具有协同去污效果。
关键词：2, 4二氯酚,高锰酸钾,活性炭纤维
参考文献
[1]周凌云, 王素芬.活性炭对微污染水源中2, 4一二氯苯酚的吸附研究[J].广东农业科学, 2007, 7.
活性炭纤维吸附甲烷 篇8
目前对于DMP污染物的处理方法有Fenton试剂法[4]、Fe(VI)-Ti O2-UV处理法[5]、UV/H2O2[6]等。而传统的絮凝、氯化等法均不易去除该类化合物[7],生物处理法则效率较低且处理周期长[8]。而吸附法是一种高效,低成本的处理方法。鉴于ACF的优点,本文选用ACF为吸附剂对水中邻苯二甲酸二甲酯的吸附规律进行研究,为水中邻苯二甲酸二甲酯的去除提供新方法。
1 实验部分
1.1 仪器及药品
仪器:UV-7504C型紫外可见分光光度计,上海欣茂仪器有限公司;3C型数字式酸度计,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;TGL-16C离心机,上海安亭科学仪器厂。
药品:粘胶基活性炭纤维毡(工业品),南通通森活性炭有限公司;邻苯二甲酸二甲酯(DMP),阿拉丁试剂公司;盐酸、氢氧化钠,浙江三鹰化学试剂品有限公司;氯化钠,上海青析化工科技有限公司;以上药品均为分析纯,水为二次蒸馏水。
1.2 ACF的预处理
先将毡形ACF剪成大小不同的小方块,在去离子水中煮沸1 h,然后用大量的去离子水冲洗(以除去其中的水溶性和易挥发性物质),重复2次,最后在110℃下烘干24 h,取出保存于干燥器中,备用。
1.3 邻苯二甲酸二甲酯的吸附实验
称取0.05 g毡形ACF加入10 mg/L邻苯二甲酸二甲酯溶液25 m L,分别改变吸附时间,盐溶液,p H等实验条件,在常温下吸附1 h后,取其滤液,以去离子水作空白试验为参比,用分光光度计在邻苯二甲酸二甲酯最大吸收波长处测定其吸光度,通过标准曲线法确定滤液中剩余的邻苯二甲酸二甲酯的浓度。
2 结果与讨论
2.1 邻苯二甲酸二甲酯紫外最大吸收波长的测定
准确配制浓度不同浓度的邻苯二甲酸二甲酯水样,在紫外分光光度计上依次测吸光度。在227 nm处紫外吸光度值最大,因此选择227 nm处紫外吸光度最为本实验邻苯二甲酸二甲酯的最佳吸光度。
2.2 邻苯二甲酸二甲酯标准曲线的建立
分别用标准溶液配制成浓度为2、4、6、8、10、12 mg/L的溶液。再用1 cm比色皿测定其吸光度,选择227 nm处紫外吸光度绘制DMP标准工作曲线及回归方程。结果如图1所示。得到的标准曲线的线性方程为A227 nm=0.0078+0.03874 C,R2=0.9996(A227 nm为波长在227 nm处的吸光度,C为邻苯二甲酸二甲酯的浓度)。
图1 邻苯二甲酸二甲酯与紫外吸光度标准线性曲线
2.3 时间对吸附效果的影响
在室温条件下,称取0.05 g毡形ACF加入10 mg/L邻苯二甲酸二甲酯溶液25 m L,分别在2 min、5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min后取其上层清液,测定其在227 nm处的紫外吸收波长,得到吸附时间对吸附作用的影响,去除率与时间的关系见图2。
图2 时间对去除率的影响
结果表明:在吸附实验初始阶段,去除率随反应时间的推移迅速增加,10 min吸附速率已经达到了97.6%。20 min后,吸附基本达到平衡。
2.4 盐含量对吸附效果的影响
在室温条件下,以质量浓度分别5%、10%、15%、20%、25%Na Cl溶液配制邻苯二甲酸二甲酯的初始浓度为10 mg/L,称取0.05 g毡形ACF加入10 mg/L邻苯二甲酸二甲酯溶液25 m L。吸附1 h后,测定其在227 nm处的紫外吸收波长,考察吸附时间对吸附作用的影响。吸附效果见图3。
图3 Na Cl浓度对去除率的影响
结果表明:随着溶液中Na Cl含量的增加,ACF对邻苯二甲酸二甲酯的去除率增大,因为随着盐溶度不断升高,盐析作用逐渐增强,使得邻苯二甲酸二甲酯在水中溶解度下降,析出部分被ACF所吸附,从而增大了吸附量。
2.5 p H对吸附效果的影响
邻苯二甲酸二甲酯水样的原始p H为6.5,使用盐酸和氢氧化钠溶液调节水样p H值分别为2.4、3.7、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、10.0、12.0。称取0.05 g毡形ACF加入10 mg/L邻苯二甲酸二甲酯溶液25 m L。吸附1 h后,测定其在227 nm处的紫外吸收波长,根据5次试验的平均值,得到ACF对DMP吸附效果,见图4。
图4 p H对去除率的影响
结果表明:p H较低时,邻苯二甲酸二甲酯的去除率较高,p H约为4时,此时的去除率最高,达到97.9%。之后随着p H的增大去除率慢慢下降,p H约为6.7时,去除率又出现上升,随后又下降,当p H约为10.0时,去除率急剧下降。这是因为,p H小于4时,邻苯二甲酸二甲酯分子的羰基氧会结合水中的H+使邻苯二甲酸二甲酯带正电荷,而此时,ACF的表面带负电,并随着溶液p H的增大ACF表面的负电性逐渐增大,表面带正电荷的邻苯二甲酸二甲酸和ACF由于静电吸引的作用使得其吸附量增大。p H大于4时,邻苯二甲酸二甲酯会水解为带负电的阴离子,表面带负电的ACF与以阴离子形式存在的邻苯二甲酸二甲酯之间存在静电斥力,ACF对邻苯二甲酸二甲酯去除效果下降。而当p H约为6.7时,邻苯二甲酸二甲酯以分子形式存在,对于表面以疏水性为主ACF吸附材料,分子形式的吸附质是最有利的吸附形式,所以去除率出现增大。
2.6 吸附等温线
分别在20℃、30℃、40℃、50℃下试验了该材料的吸附等温线,结果如图5。
图5 ACF对邻苯二甲酸二甲酯的吸附等温线
由图5可知,ACF对邻苯二甲酸二甲酯的吸附量随初始浓度的增大而增大,随溶液温度的升高而减小,升温不利于吸附的进行。因为ACF对邻苯二甲酸二甲酯的吸附是放热反应,温度升高阻碍反应进行,故饱和吸附量下降。
3 结论
(1)ACF对邻苯二甲酸二甲酯的吸附速率很快,10 min吸附速率已经达到了97.6%。
(2)随着溶液中Na Cl含量的增加,ACF对邻苯二甲酸二甲酯的去除率增大。
(3)p H较低时,邻苯二甲酸二甲酯的去除率较高,p H约为4时,此时的去除率最高,达到97.9%。
(4)ACF对邻苯二甲酸二甲酯的吸附量随初始浓度的增大而增大,随溶液温度的升高而减小,升温不利于吸附的进行。
参考文献
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