活性炭吸附二元VOCs

　　揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)是具有高蒸氣壓值和沸點(diǎn)高達(dá)250℃(在正常條件下)的有機(jī)化合物。被視為VOC的物質(zhì)屬于不同類別的有機(jī)化合物，例如醇類、酯類、酮類以及脂肪烴和芳香烴。由于它們的特性，它們很容易蒸發(fā)并且微溶于水。揮發(fā)性有機(jī)化合物是許多行業(yè)產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)，例如汽車涂裝、煉油廠、溶劑型工藝、塑料和橡膠生產(chǎn)、電子設(shè)備制造等行業(yè)。此外，工業(yè)物流通常是揮發(fā)性有機(jī)化合物的混合物。本次主要使用新型改性活性炭對(duì)丙酮和乙酸乙酯的吸附行為在常壓下在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行研究。

　　試驗(yàn)中活性炭的吸附過程

　　丙酮和乙酸乙酯蒸氣的混合物用作吸附物。圖1說明了實(shí)驗(yàn)裝置的方案。將含有純化合物的沖洗液置于設(shè)定為15℃的恒溫器中。質(zhì)量流量控制器用于設(shè)置每個(gè)組分的流速。根據(jù)組分的蒸氣壓選擇流速，以使每種吸附物的初始濃度為100mg/L。氣流如下：丙酮：0.1L/min，乙酸乙酯：0.05L/min，和空氣：0.135L/min。將空氣與丙酮和乙酸乙酯蒸氣的混合物從下方引導(dǎo)至吸附床，并將10g吸附劑置于吸附器中。在吸附器的入口處采集氣體樣品以在此過程中每5分鐘測(cè)定一次吸附物和吸附器出口的初始濃度，以確定吸附物濃度的變化。這些測(cè)量是使用帶有火焰離子化檢測(cè)器進(jìn)行的，直到乙酸乙酯的出口濃度達(dá)到其初始濃度的90%。色譜分析參數(shù)如下：空氣流量：350mL/min，氫氣流量：35mL/min，尾吹氣流量(He)：30mL/min，入口溫度：100℃，分流比：15。

　　圖1：活性炭吸附實(shí)驗(yàn)裝置方案。

　　改性活性炭從氣相中吸附丙酮和乙酸乙酯的過程

　　丙酮和乙酸乙酯蒸氣的單一吸附過程的示例性突破曲線如圖2所示。丙酮的床突破時(shí)間為31分鐘，而乙酸乙酯為45分鐘。大約一小時(shí)后，出口丙酮濃度超過初始濃度達(dá)30%。這意味著丙酮分子被乙酸乙酯從吸附床中置換出來。然后乙酸乙酯占據(jù)由丙酮騰出的空間。乙酸乙酯出口濃度應(yīng)接近且不超過初始濃度。

　　圖2：改性活性炭吸附丙酮和乙酸乙酯的突破曲線。

　　改性活性炭被證明是丙酮-乙酸乙酯蒸氣混合物最有效的吸附劑。活性炭將丙酮的穿透時(shí)間從31分鐘增加到50分鐘，將乙酸乙酯的穿透時(shí)間從45分鐘增加到70分鐘。還觀察到最低的吸附前沿遷移速度。在用0.5g/g的改性活性炭的情況下，沒有觀察到吸附過程的顯著變化。用改性后的活性炭上的吸附與未改性的活性炭相比，1和2g/g的改性劑導(dǎo)致兩種組分的穿透時(shí)間更短。這些量不會(huì)產(chǎn)生更好的結(jié)果，甚至?xí)�惡化兩種組分的吸附，這可能與改性劑和分解產(chǎn)物堵塞吸附劑孔有關(guān)。這可能與樣品中氧含量增加導(dǎo)致吸附劑表面極性增加有關(guān)。考慮到樣品的加熱溫度，在每種情況下，我們發(fā)現(xiàn)加熱到400℃的樣品顯示出最短的床突破時(shí)間。此外，活性炭的改性增加了丙酮從吸附床中的置換量。

　　圖3：改性活性炭吸附乙酸乙酯的突破曲線。

　　活性炭吸附二元VOCs在這項(xiàng)研究中，獲得了幾個(gè)改性的活性炭樣品，并將其應(yīng)用于從氣相中吸附丙酮和乙酸乙酯。本研究證實(shí)了改性劑對(duì)活性炭性能的影響。本研究表明，用適量的改性劑(0.2g/g)活性炭并在500℃下加熱可以成為從氣相中去除丙酮-乙酸乙酯混合物蒸氣的有效吸附劑。發(fā)現(xiàn)丙酮和乙酸乙酯分子之間發(fā)生競爭吸附。改性后的活性炭對(duì)乙酸乙酯的吸附親和力比對(duì)丙酮的高。可以得出結(jié)論，在從氣相吸附VOCs的過程中，關(guān)鍵參數(shù)是吸附物的揮發(fā)性，揮發(fā)性較低的組分(乙酸乙酯)從吸附床中置換了揮發(fā)性較高的組分(丙酮)。由于置換效應(yīng)，出口處的丙酮濃度高于入口濃度。

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