bet356下载

活性炭高新技术企业活性炭产学研合作基地

全国免费咨询热线:400-000-1319

联系我们
全国服务热线:400-000-1319

电话(hua):13570151199

传真:020-39972520

邮箱(xiang):hanyancarbon@fuhcode.com

地址:广州市番禺(yu)区 南(nan)村镇兴(xing)业大道(dao)自编(bian)工业园M区1号(hao)

活性炭吸附芳烃VOCs的特性模拟
文章作者:bet356下载网络部 更新时间:2021-6-29 10:25:15

  活性炭吸附芳烃VOCs的特性模拟

  运输、喷洒等(deng)工业生(sheng)产(chan)和(he)(he)生(sheng)活中(zhong)(zhong)产(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)挥(hui)发性有机(ji)化合物(VOCs)是(shi)造成(cheng)大(da)(da)(da)气(qi)污(wu)染的(de)(de)(de)(de)首(shou)要原(yuan)因。VOCs可与大(da)(da)(da)气(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化剂反应形成(cheng)二次有机(ji)气(qi)溶胶,对全球(qiu)气(qi)候(hou)变化、能(neng)见度(du)和(he)(he)人类健康产(chan)生(sheng)重大(da)(da)(da)影(ying)响。在(zai)不同类别的(de)(de)(de)(de)VOC中(zhong)(zhong),97%以上的(de)(de)(de)(de)二次有机(ji)气(qi)溶胶形成(cheng)来自芳烃(ting),包(bao)括(kuo)苯、甲(jia)苯和(he)(he)对二甲(jia)苯。吸(xi)(xi)附(fu)(fu)法能(neng)够回(hui)收芳烃(ting)和(he)(he)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)剂,被认为(wei)是(shi)一种经(jing)济环保(bao)的(de)(de)(de)(de)减少芳烃(ting)排放的(de)(de)(de)(de)方法。在(zai)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)法中(zhong)(zhong),能(neng)有效(xiao)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)气(qi)体或液体中(zhong)(zhong)特定成(cheng)分(fen)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)剂起着最关键(jian)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)。具有大(da)(da)(da)量孔隙和(he)(he)巨大(da)(da)(da)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)力的(de)(de)(de)(de)活性炭被认为(wei)是(shi)当之(zhi)无愧(kui)的(de)(de)(de)(de)芳烃(ting)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)剂。

  了(le)解(jie)芳烃在(zai)活性炭(tan)上的(de)吸附(fu)机(ji)理和(he)(he)(he)(he)微观(guan)过程对于气体处(chu)理系(xi)统的(de)设计和(he)(he)(he)(he)优化(hua)具有(you)重要(yao)意义。分(fen)子模拟方法可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)描绘吸附(fu)剂(ji)的(de)孔隙结构和(he)(he)(he)(he)化(hua)学性质(zhi),从(cong)微观(guan)角(jiao)度(du)(du)揭示不同压力和(he)(he)(he)(he)温(wen)度(du)(du)下的(de)吸附(fu)特性。所以(yi)专门研(yan)究了(le)活性炭(tan)的(de)吸附(fu)机(ji)理以(yi)及官能团(-H和(he)(he)(he)(he)-OH)、密(mi)度(du)(du)和(he)(he)(he)(he)分(fen)级孔径对不同芳烃(包(bao)括苯(ben)、甲(jia)苯(ben)和(he)(he)(he)(he)对二(er)甲(jia)苯(ben))吸附(fu)特性的(de)影响(xiang)。

  测试中选用的活性炭

  由于其大量(liang)的(de)(de)分级孔(kong)(kong),包(bao)括(kuo)微孔(kong)(kong)和中孔(kong)(kong),活性炭(tan)(tan)表现出独特的(de)(de)化学、物理(li)性质和高吸(xi)附(fu)效(xiao)率(lv)。并且已经表明(ming)微孔(kong)(kong)和较小的(de)(de)介孔(kong)(kong)在芳烃的(de)(de)吸(xi)附(fu)中起重(zhong)(zhong)要作用7。因此(ci),在进行数(shu)值模拟时,重(zhong)(zhong)构具有分层孔(kong)(kong)隙的(de)(de)活性炭(tan)(tan)模型是非常必要的(de)(de)。为了开发具有分层孔(kong)(kong)隙的(de)(de)活性炭(tan)(tan)模型,首先重(zhong)(zhong)组具有微孔(kong)(kong)的(de)(de)活性炭(tan)(tan)样品。构建(jian)活性炭(tan)(tan)样品的(de)(de)过程(cheng)如图(tu)1所示。

  图1:(a)显示(shi)了基(ji)本(ben)活(huo)性(xing)炭(tan)的结(jie)构和微孔(kong)活(huo)性(xing)炭(tan)模型,(b)具(ju)有不同官能(neng)团的微孔(kong)活(huo)性(xing)炭(tan)(a)–H;(b)–OH。

  活性炭官能团的作用

  苯(ben)、甲(jia)(jia)苯(ben)和(he)(he)对二甲(jia)(jia)苯(ben)等(deng)(deng)芳(fang)烃(ting)在(zai)具有不(bu)(bu)同(tong)官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu),经过研(yan)究了(le)解,芳(fang)烃(ting)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)先是快速增(zeng)(zeng)(zeng)加,随着压(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)进一步增(zeng)(zeng)(zeng)加,增(zeng)(zeng)(zeng)长趋势逐渐减(jian)慢,达到(dao)饱(bao)(bao)和(he)(he)。当吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)等(deng)(deng)温线饱(bao)(bao)和(he)(he)时,不(bu)(bu)含(han)官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)最(zui)(zui)大,而含(han)-OH的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量(liang)最(zui)(zui)小(xiao)。原(yuan)因是-H和(he)(he)-OH官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)减(jian)少了(le)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)自由体积,当引(yin)入-H和(he)(he)-OH官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)时,由于官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)占据了(le)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)孔(kong)隙空间,活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)自由体积分别(bie)减(jian)少了(le)5.1%和(he)(he)16.3%。自由体积的(de)(de)(de)减(jian)少会降(jiang)(jiang)低饱(bao)(bao)和(he)(he)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)容(rong)量(liang)。此外,含(han)-OH官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)饱(bao)(bao)和(he)(he)压(ya)力(li)(li)最(zui)(zui)低,这意味着当压(ya)力(li)(li)为0-0.1kPa时吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)等(deng)(deng)温线上升(sheng)最(zui)(zui)快,而不(bu)(bu)含(han)官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)饱(bao)(bao)和(he)(he)压(ya)力(li)(li)最(zui)(zui)大。这是因为-H和(he)(he)-OH的(de)(de)(de)官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)可以(yi)增(zeng)(zeng)(zeng)加吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)的(de)(de)(de)等(deng)(deng)量(liang)热,等(deng)(deng)量(liang)热代表芳(fang)烃(ting)与活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)之间相(xiang)互(hu)作用(yong)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)强度(du),即等(deng)(deng)量(liang)热越大,吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)过程就越有可能(neng)(neng)(neng)发生。因此,活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)与-OH官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)在(zai)最(zui)(zui)低压(ya)力(li)(li)下达到(dao)饱(bao)(bao)和(he)(he)。研(yan)究得(de)出苯(ben)、甲(jia)(jia)苯(ben)和(he)(he)对二甲(jia)(jia)苯(ben)在(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)上的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)机(ji)理以(yi)物(wu)理吸(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)为主,-H和(he)(he)-OH官(guan)(guan)能(neng)(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)可以(yi)降(jiang)(jiang)低活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)自由体积,增(zeng)(zeng)(zeng)加芳(fang)烃(ting)与活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)作用(yong)能(neng)(neng)(neng)。

  在(zai)相同的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)下,苯的(de)(de)(de)(de)饱(bao)和(he)(he)吸(xi)(xi)附(fu)容量(liang)和(he)(he)饱(bao)和(he)(he)压(ya)力(li)最高,对(dui)(dui)二甲苯的(de)(de)(de)(de)饱(bao)和(he)(he)吸(xi)(xi)附(fu)容量(liang)和(he)(he)饱(bao)和(he)(he)压(ya)力(li)最低(di)。这(zhei)可以(yi)解释如(ru)(ru)下。(1)苯和(he)(he)对(dui)(dui)二甲苯分(fen)(fen)别具有最小(xiao)和(he)(he)最大分(fen)(fen)子(zi)(zi)直径,如(ru)(ru)图(tu)2所示。这(zhei)意味(wei)着在(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)相同的(de)(de)(de)(de)自由(you)体积下,更(geng)多(duo)的(de)(de)(de)(de)苯分(fen)(fen)子(zi)(zi)可以(yi)吸(xi)(xi)附(fu)在(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)上。(2)芳烃在(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)上的(de)(de)(de)(de)等(deng)量(liang)热随(sui)着分(fen)(fen)子(zi)(zi)直径的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)而增(zeng)加(jia)。换句(ju)话说,随(sui)着分(fen)(fen)子(zi)(zi)直径的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia),芳烃更(geng)容易吸(xi)(xi)附(fu)在(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)上,导致饱(bao)和(he)(he)压(ya)力(li)降低(di)。

  图(tu)2:不(bu)同芳烃分子的模型(a)苯;(b)甲(jia)苯;(c)对二甲(jia)苯。

  活性炭的孔径影响

  活性(xing)炭(tan)由微孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)和介孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)组成(cheng),介孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)在(zai)一定程度上(shang)影响吸(xi)附(fu)(fu)特(te)(te)性(xing)。因(yin)此,研究(jiu)芳烃在(zai)具有(you)(you)(you)(you)分(fen)级孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)(de)活性(xing)炭(tan)上(shang)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)特(te)(te)性(xing),以明(ming)确(que)介孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)对下一节吸(xi)附(fu)(fu)特(te)(te)性(xing)的(de)(de)(de)影响。在(zai)这些模拟中,选(xuan)择了(le)密度为(wei)(wei)0.8g/cm3的(de)(de)(de)微孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)活性(xing)炭(tan),不(bu)(bu)(bu)同样品的(de)(de)(de)中孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)尺寸分(fen)别选(xuan)择为(wei)(wei)2.0、2.5、3.0和4.0nm。具有(you)(you)(you)(you)不(bu)(bu)(bu)同层次孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)隙(xi)的(de)(de)(de)活性(xing)炭(tan)。分(fen)层孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)隙(xi)活性(xing)炭(tan)模型构建(jian)为(wei)(wei)密度在(zai)0.6-0.7g/cm3的(de)(de)(de)合(he)理范围内。图(tu)3展示了(le)苯(ben)分(fen)子在(zai)p=10kPa下具有(you)(you)(you)(you)不(bu)(bu)(bu)同中尺度孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)径的(de)(de)(de)活性(xing)炭(tan)上(shang)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)位(wei)(wei)点分(fen)布。这表明(ming)即使(shi)在(zai)p=10kPa时,苯(ben)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)也仅发生(sheng)在(zai)介孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)表面,而不(bu)(bu)(bu)会填充(chong)介孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)(de)空(kong)隙(xi)空(kong)间。图(tu)4说明(ming)了(le)对二(er)甲苯(ben)在(zai)具有(you)(you)(you)(you)3.0nm孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)(de)活性(xing)炭(tan)上(shang)从低压(ya)到高压(ya)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)位(wei)(wei)点的(de)(de)(de)变(bian)化。从图(tu)4(a)-(d)可以看出(chu),只有(you)(you)(you)(you)微量的(de)(de)(de)对二(er)甲苯(ben)分(fen)子被(bei)吸(xi)附(fu)(fu)到微孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)上(shang),当压(ya)力(li)为(wei)(wei)1.25kPa时,微孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)逐渐被(bei)填满,中孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)壁上(shang)出(chu)现吸(xi)附(fu)(fu)位(wei)(wei)点。当压(ya)力(li)增加到3.75kPa时,吸(xi)附(fu)(fu)位(wei)(wei)点增加,介孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)中开(kai)始出(chu)现多层吸(xi)附(fu)(fu),最终(zhong)介孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)充(chong)满对二(er)甲苯(ben),此时压(ya)力(li)可达6.25kPa。

  图3:苯(ben)在在不同孔径活性炭上的(de)吸(xi)附位(wei)点。

  图4:对二甲(jia)苯在3.0nm活性(xing)炭(tan)上的(de)吸附(fu)位(wei)点(dian)。

  经过数据模拟研究(jiu)了不同(tong)芳烃在活(huo)性炭上的(de)吸(xi)(xi)附(fu)特性。考察了芳烃种类(lei)、官(guan)能(neng)团、活(huo)性炭密度、分(fen)级孔等不同(tong)因(yin)素(su)对(dui)吸(xi)(xi)附(fu)特性的(de)影响,主要结果(guo)如下:

  (1)-H和-OH官能团可以(yi)增加(jia)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上芳烃的(de)等量(liang)热,但降低(di)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中的(de)自由体(ti)积(ji)。当(dang)压力低(di)时(shi),由于加(jia)入-H、-OH,吸(xi)(xi)附容(rong)(rong)量(liang)增加(jia)。-H和-OH以(yi)与活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)自由体(ti)积(ji)减(jian)少相同的(de)比例减(jian)少饱和吸(xi)(xi)附容(rong)(rong)量(liang)。

  (2)随着活(huo)性炭(tan)密(mi)度的增(zeng)加(jia),活(huo)性炭(tan)的自(zi)由体积显(xian)着减小,导(dao)致饱和吸附(fu)容量降(jiang)低。随着活(huo)性炭(tan)密(mi)度的增(zeng)加(jia),芳烃(ting)在活(huo)性炭(tan)上的等量热增(zeng)加(jia),饱和吸附(fu)压(ya)力降(jiang)低。

  (3)当压(ya)力(li)较低(di)时(shi),芳烃主要吸(xi)(xi)(xi)附(fu)在(zai)(zai)活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)微孔(kong)中(zhong),很(hen)少吸(xi)(xi)(xi)附(fu)在(zai)(zai)细(xi)孔(kong)中(zhong)。随着(zhe)压(ya)力(li)的(de)(de)(de)增大,在(zai)(zai)AC对二甲苯(ben)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)过程可(ke)以(yi)分为四(si)个(ge)阶段(duan),即,表面(mian)微尺度(du)单(dan)层吸(xi)(xi)(xi)附(fu)孔(kong),多(duo)层吸(xi)(xi)(xi)附(fu)在(zai)(zai)微米(mi)级孔(kong),在(zai)(zai)表面(mian)单(dan)层吸(xi)(xi)(xi)附(fu)尺度(du)细(xi)孔(kong),和多(duo)层吸(xi)(xi)(xi)附(fu)在(zai)(zai)中(zhong)尺度(du)孔(kong)隙中(zhong)。当压(ya)力(li)低(di)时(shi),中(zhong)孔(kong)的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)只会略微增加活性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能力(li)。当压(ya)力(li)足够高时(shi),介孔(kong)可(ke)以(yi)显着(zhe)提高吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能力(li)。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

本文链接:http://fuhcode.com/hangye/hy1012.html

查看更多分类请点击:公司资讯    行业新闻    媒体报导    百科知识    

var _hmt = _hmt || []; (function() { var hm = document.createElement("script"); hm.src = "https://hm.baidu.com/hm.js?78ebdacae9da971faf025645ab77d367"; var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(hm, s); })();