改性活性炭吸附含水气的甲苯废气的性能研究

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VOCs(挥发性有机物)是危害我国大气环境的重要污染物之一,2010年5月,国务院办公厅正式从国家层面上提出了加强挥发性有机污染物防治工作的要求,将VOCs和SO2、NOx及颗粒物一起列为改善大气环境质量的优控重点污染物。使用吸附法处理这类有机污染废气可以有效控制工业固定源的排放,且相对成本较低,但由于工业废气往往相对湿度较大,混合于废气中的大量水气在很大程度上影响活性炭的吸附性能与再生次数。作者在阅读大量相关文献之后,选择以价格低廉的煤质商品活性炭作为原料,使用低浓度酸碱溶液对其进行改性,在活性炭表面上负载不同的酸/碱性官能团,改变它的表面特性,对其进行表征并用于甲苯动态吸附实验,对实验所得数据进行分析与讨论,以期找到在水气含量较大的情况下仍对甲苯有较好吸附性能的活性炭改性方法。实验结果表明,活性炭样品的比表面积随着改性溶液浓度的增大呈现出先增大后减小的趋势,经过1%NaHCO3改性的活性炭的比表面积达到1035.67m2/g,比未改性前增加了18.01%;在溶液浓度很低时,酸碱溶液溶解活性炭表面的杂质,丰富了微孔结构,但浓度过大时会破坏活性炭的孔结构,使微孔减少而大中孔增多,比表面积减小;此外,未溶解的碳酸氢钠固体附着在活性炭表面上成为新的杂质,进一步减小了样品的比表面积。改性使活性炭样品化学官能团的总量及酸碱比例发生变化:酸改性使表面酸性官能团所占比重增加,最大达到83.02%,活性炭酸性增强,表现出酸性特征;碱改性使样品的含氧酸性官能团所占比重减小,最小达到23.87%,表现碱性特征。利用碘值法对活性炭样品的吸附能力做初步评估表明活性炭的吸附能力受比表面积与化学基团的共同作用:增大比表面积有利于吸附,而化学基团的变化改变了酸碱性与极性,可能发生了化学吸附。将样品用于动态吸附实验发现在相对湿度较小时,商品活性炭对甲苯的吸附量达到243.87mg/g,使用低浓度碱改性可进一步加大,1%NaHCO3改性后增加了38.17%,达到338.28mg/g;在相对湿度达到60%时,商品活性炭的吸附量仅为143.87mg/g,比相对湿度为10%时下降了24.93%,改性后的各样品吸附量与相对湿度为10%时相比也都有所下降,碱改性有利于甲苯的吸附,经过1%碳酸氢钠改性的活性炭样品,在相对湿度60%时对甲苯的吸附量达到相对湿度10%时商品活性炭对甲苯吸附量的95.9%,但溶液浓度过大也会破坏活性炭表面孔结构而降低其物理吸附能力,使吸附量减小。
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