活性炭對(duì)甲苯的吸附測(cè)試，甲苯是一種有毒且對(duì)環(huán)境有害的氣體，由工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生。活性炭吸附甲苯氣體是一種經(jīng)濟(jì)可行的去除方法。在本研究中，我們使用兩種方法制造改性活性炭，并研究了改性活性炭的吸附性能。

　　石油化學(xué)，有機(jī)化學(xué)，涂料和其他工業(yè)生產(chǎn)的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)通過(guò)部分破壞臭氧層而造成環(huán)境破壞。在傳統(tǒng)的化學(xué)設(shè)施中，活性炭吸附已廣泛用于低濃度VOC的處理。具有大比表面積，致密孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異吸附性能的活性炭已成為用于去除VOC的好選擇。我們可以對(duì)活性炭進(jìn)行改性以改善其結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而提高其吸附性能。改變活性炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)的方法主要包括物理方法，化學(xué)方法，以及這兩種方法的組合。通過(guò)改性能夠使活性炭的比表面積大大增加，形成精細(xì)的孔結(jié)構(gòu)。表面化學(xué)改性能夠通過(guò)加載對(duì)應(yīng)于目標(biāo)吸附物的官能團(tuán)來(lái)增強(qiáng)活性炭的吸附性能，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。

　　活性炭的熱化合物改性

　　將預(yù)處理的活性炭置于真空管中，從管的側(cè)面通入99%氮?dú)?流速為15L/h)，并在所得的管式爐中對(duì)活性炭進(jìn)行60分鐘的熱處理。溫度控制在260-600攝氏度。所得樣品表示為活性炭-N。將樣品活性炭-N置于200mL1mol·L-1的硝酸(HNO 3)溶液中作為改性溶液，在恒溫磁力攪拌器中在70攝氏度的溫度下處理24小時(shí)，中和過(guò)濾后用去離子水洗滌，并在真空烘箱中在100攝氏度的溫度下干燥24小時(shí)。所得樣品用活性炭-HNO表示。

　　高重力下的熱化合物改性

　　活性炭在高重力環(huán)境中的熱化合物改性。將100g活性炭作為填料層，并且以900r/min的速度操作300分鐘，其中99%氮?dú)鈴娜肟诙丝谕ㄟ^(guò)。得到的活性炭表示為活性炭-RPB-N。原始活性炭和活性炭-RPB-N用1mol·L-1HNO 3在70攝氏度，流速40L·min-1，轉(zhuǎn)速36.3Hz下進(jìn)行改性。在該處理之后，在用去離子水沖洗后，將兩個(gè)樣品在真空烘箱中在110攝氏度下干燥24小時(shí)，并分別表示為活性炭-RPB-HNO和活性炭-RPB-N-HNO。

　　在高重力物理改性過(guò)程中，氮?dú)夥植疾辉偈菑捻敳康降撞康膯我涣鲃?dòng)，而是通過(guò)所有方向的對(duì)流輸送到活性炭。在與活性炭接觸后，氮?dú)猱a(chǎn)生新的微孔并挖掘現(xiàn)有的吸附通道。因此，它增加了它們的表面積和孔容量。簡(jiǎn)化的原理圖如圖1所示。

　　圖1.正常和高重力環(huán)境中氮和硝酸改性的示意圖。

　　活性炭吸附性能的實(shí)驗(yàn)研究

　　在吸附柱中研究了活性炭吸附甲苯的能力�；钚蕴康挠昧繛�10g，吸附質(zhì)甲苯氣體由氣體發(fā)生器產(chǎn)生。通過(guò)測(cè)定吸附前后甲苯的濃度，得到了不同條件下活性炭吸附性能的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)吸附裝置的流程圖如圖2所示。將來(lái)自氣體發(fā)生器的甲苯氣體與氮?dú)饣旌�，然后將其吸附在恒溫吸附塔中。通過(guò)在線FID檢測(cè)器測(cè)量吸附前后的甲苯含量，并通過(guò)流量計(jì)控制甲苯流量。當(dāng)脫氣和入口濃度在30分鐘內(nèi)保持一致時(shí)，認(rèn)為已達(dá)到吸附平衡。吸附氣體通過(guò)廢氣出口排空。

　　圖2.吸附流動(dòng)圖的實(shí)驗(yàn)。

　　幾種活性炭對(duì)甲苯的吸附性能比較

　　甲苯在不同活性炭上的穿透曲線和吸附等溫曲線如圖3所示和4。不同活性炭上的吸附速率從高到低依次為：活性炭-RPB-N-HNO>活性炭-RPB-HNO>活性炭-HNO>活性炭-RPB-N>活性炭-N>原始活性炭。吸附速率越大，滲透時(shí)間越長(zhǎng)，這又與活性炭的復(fù)雜孔徑分布和表面官能團(tuán)的量有關(guān)�；钚蕴康奈⒖左w積在高溫氮?dú)庵性龃�，這增加了活性炭通道的內(nèi)部孔隙體積。在高重力氮?dú)猸h(huán)境中，不利于甲苯吸收的原始活性炭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被重新分配并分裂成新的空間構(gòu)型，這進(jìn)一步增加了突破時(shí)間。HNO 3處理的活性炭的突破時(shí)間在高重力環(huán)境中的改性大于具有HNO 3浸泡的改性活性炭。這是因?yàn)镠NO 3分散的細(xì)小液滴中，這增加了其與活性炭的表面和內(nèi)部的接觸概率，這反過(guò)來(lái)增強(qiáng)了活性炭上含氧官能團(tuán)的負(fù)載并增加了它們的吸附效率。在重力作用下，復(fù)合改性處理的活性炭具有較長(zhǎng)的穿透時(shí)間和較大的吸附速率，因?yàn)槲锢砀男栽黾恿吮缺砻娣e，增大了孔體積分布，而化學(xué)改性增加了表面氧基團(tuán)數(shù)。反過(guò)來(lái)，這些特性增強(qiáng)了吸附性能。

　　圖3. 活性炭的突破曲線。

　　圖4.活性炭的吸附等溫曲線。

　　經(jīng)過(guò)我們的吸附測(cè)試在常規(guī)和高重力環(huán)境中物理，化學(xué)和化合物改性之后活性炭的吸附性質(zhì)。研究了甲苯在不同活性炭上的吸附。通過(guò)高重力化合物改性處理的活性炭具有最大的吸附速率和容量。還發(fā)現(xiàn)微孔結(jié)構(gòu)在活性炭吸附甲苯的過(guò)程中起主導(dǎo)作用。活性炭的優(yōu)異吸附性是由于化合物的改性，增加了有效吸附位點(diǎn)的數(shù)量�；钚蕴�-RPB-N-HNO上甲苯的表面覆蓋率為51.67%。因此，在高重力下活性炭的復(fù)合改性可以大大提高吸附性能。

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