親水性活性炭制備及其吸附水蒸氣實(shí)驗(yàn)與理論模擬研究.pdf

1、親水性活性炭制備及其吸附水蒸氣實(shí)驗(yàn)與理論模擬研究摘要：對(duì)于利用吸附法處理微環(huán)境中水蒸氣時(shí)，常選用硅膠、分子篩、活性炭等材料作為吸附劑。有關(guān)水蒸氣在硅膠與分子篩中的吸附機(jī)理研究較多，其吸附相關(guān)理論也已比較完善。而對(duì)于水蒸氣在活性炭中吸附過程與機(jī)理還有很多問題需要認(rèn)識(shí)與解決。鑒于此，研究活性炭吸附水蒸氣的變化規(guī)律、深入探索活性炭在吸附水蒸氣過程中的作用機(jī)理、完善與優(yōu)化水蒸氣在活性炭表面吸附相關(guān)理論、建立描述水蒸氣吸附過程傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模擬體系

2、具有重要的意義。本文以研究改性條件變化對(duì)活性炭物性影響作為出發(fā)點(diǎn)，研究了硝酸改性活性炭孔結(jié)構(gòu)與表面氧含量在不同氧氣濃度、溫度與時(shí)間下改性后的變化規(guī)律。通過DesignExpert70軟件建立了改性條件與活性炭物性參數(shù)間的量化關(guān)系，探討不同改性方法對(duì)活性炭物性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：通過響應(yīng)曲面法得到的二次方程可以準(zhǔn)確對(duì)活性炭相關(guān)物性進(jìn)行預(yù)測(cè)。較高的氧氣濃度、較低的改性溫度與較長(zhǎng)的改性時(shí)間有利于增加活性炭表面氧含量。對(duì)活性炭物性參數(shù)優(yōu)化可通

3、過兩種方式實(shí)現(xiàn)：(1)：在氧氣濃度極低的環(huán)境中，適當(dāng)提高改性溫度與增加改性時(shí)間；(2)：增加氧氣濃度，降低改性溫度與縮短改性時(shí)間。在研究活性炭物性在熱氧聯(lián)合改性中變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用TGA、FTIR、Boehm滴定、XPS等測(cè)試手段，探討了活性炭表面官能團(tuán)在熱氧環(huán)境中的變化規(guī)律。研究表明：硝酸改性活性炭表面會(huì)生成含氧、含氮官能團(tuán)。酚羥基／羥基官能團(tuán)在378—473K內(nèi)氧化生成羧基官能團(tuán)；本底碳在573773K內(nèi)氧化生成環(huán)氧基／內(nèi)酯基官

4、能團(tuán)。羧基官能團(tuán)的熱穩(wěn)定性最差，在573K時(shí)受熱分解；內(nèi)酯基／酮基／醌基官能團(tuán)的熱穩(wěn)定性好于羧基官能團(tuán)，分解溫度范圍在773—973K；醚基／環(huán)氧基官能團(tuán)熱穩(wěn)定性最好，分解溫度在973K以上。利用五種不同的親水性有機(jī)鹽改性制備親水性活性炭。通過孔徑分析、SEM—EDX測(cè)試樣品物性。結(jié)果表明：五種不同親水性有機(jī)鹽引入活性炭，制得物性各不相同的炭材料。在吸附實(shí)驗(yàn)中，相對(duì)壓力小于O50時(shí)，改性活性炭在303323K內(nèi)對(duì)水蒸氣的吸附量相較原始活