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活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生
閱讀：159 發(fā)布時間：2024-11-28活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生
乙酸乙酯是廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域的有機溶劑，其揮發(fā)性易造成空氣的污染，除去空氣中乙酸乙酯的方法主要是吸附法。本文對活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生進行研究；主要研究了乙酸乙酯在3種活性炭上的動態(tài)吸附行為，考察了活性炭的孔結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)對乙酸乙酯吸附性能的影響及活性炭再生吸附性能,并從實用角度考察了水蒸氣存在對吸附的影響。
一、研究活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生對象及條件
椰殼活性炭( AC、Y2)，煤質(zhì)活性炭(C5)。3種活性炭在使用前用分樣篩選取過0.45-0.90 mm篩的活性炭顆粒，在120℃下干燥4 h,冷卻后放置待用。乙酸乙酯，分析純,將其蒸氣用高純N2稀釋至一定體積分數(shù)存于瓶中作為樣品乙酸乙酯的有機廢氣時使用。
乙酸乙酯吸附和脫附在自制反應(yīng)裝置(圖1)上進行。吸附前將0.07g活性炭裝于石英吸附管中,在N2氣流中于120℃處理1 h，降至的溫度下進行乙酸乙酯的吸附研究。乙酸乙酯的入口體積分數(shù)通過改變高純N2和濃度較高的乙酸乙酯混合氣的流量來調(diào)節(jié),吸附前通氣40 min,使兩路氣體流速穩(wěn)定并混合均勻。吸附起始的準確時間由旋轉(zhuǎn)前置四通閥將乙酸乙酯混合氣體導(dǎo)入吸附管開始。飽和吸附乙酸乙酯后的活性炭以N2(30 ml/min)在40℃吹至乙酸乙酯流出體積分數(shù)不變。
二、研究活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生結(jié)果與討論
1.活性炭的微孔結(jié)構(gòu)
圖2為-196℃下3種活性炭在N2中的吸附-脫附等溫線圖。圖中可見：活性炭AC在相對壓力較高(p/po >0.4)的區(qū)域有較大的N2滯留回環(huán),而N2在活性炭Y2上的吸附滯留回環(huán)極小，這表明活性炭AC具有較多的介孔。表1給出了由上述活性炭吸附-脫附數(shù)據(jù)采用BJH法計算所得的總孔體積和微孔體積等。
2.乙酸乙酯在活性炭上的吸附
圖3和表2分別給出了40℃下不同入口體積分數(shù)的乙酸乙脂在上述3種活性炭上的穿透曲線和相應(yīng)的飽和吸附量。在各入口體積濃度下,乙酸乙酯在活性炭Y2上的穿透曲線均比在活性炭C5和活性炭AC上平緩；表明乙酸乙酯在活性炭Y2孔內(nèi)的擴散較慢，這是由于活性炭Y2中的介孔結(jié)構(gòu)較少，乙酸乙酯在微孔中的擴散阻力較大,因此其穿透曲線的斜率較小。
3.活性炭表面含氧基團對乙酸乙酯吸附的影響
圖4為40℃下乙酸乙酯在經(jīng)不同處理后的3種活性炭上的吸附穿透曲線。
圖中可見3種活性炭經(jīng)300℃空氣處理后,乙酸乙酯的吸附穿透曲線斜率均減小。這是因為活性炭經(jīng)這種處理后微孔表面含氧基團增加 ,阻礙了乙酸乙酯在微孔中的擴散。3種活性炭經(jīng)不同表面處理后對乙酸乙酯吸附量的改變以活性炭AC為?；钚蕴緼C經(jīng)500℃高純N2處理后，其表面有部分發(fā)基基團分解，使之在40℃、φ(EA) =0.15%的吸附條件下對乙酸乙酯的平衡吸附量由0.27g/g增至0.29 g/g；增幅僅為7% ，接近系統(tǒng)誤差5%。這表明經(jīng)常規(guī)處理的活性炭對乙酸乙酯的吸附熱力學(xué)基本不受其表面含氧基團的影響,而僅取決于活性炭的微孔結(jié)構(gòu)。
4.水蒸氣存在對吸附的影響
在不同相對濕度下乙酸乙酯在活性炭AC上的穿透曲線如圖5所示。圖中可見,當(dāng)吸附氣體中有水蒸氣存在時,乙酸乙酯的穿透時間有所縮短。在40℃、φ(EA) =0.15% , RH = 40%時,乙酸乙酯的平衡吸附量為0.25g/g，仍為干燥吸附條件下平衡吸附量(0.28g/g)的90%。這表明在相對濕度< 40%時，水蒸氣的存在對乙酸乙酯在活性炭上吸附雖有一定的抑制作用,但其影響并不顯著。
5.乙酸乙酯在飽和吸附活性炭上的脫除
圖6為在φ(EA) =0.15%時,飽和吸附乙酸乙酯后的活性炭在40℃ N2吹掃時的乙酸乙酯相對脫附量的變化圖。圖中可見,乙酸乙酯在活性炭Y2上的吸附較強，N2吹掃1 h后,其累計解吸量僅為0.050g/g,相對脫附量為18%,而活性炭AC和C5的解吸量則分別為0.081和0.090g/g；相對脫附量為29%和44%。這顯然與活性炭Y2有較多的微孔而中孔較少密切相關(guān)。
研究活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生結(jié)果表明，采用300℃熱空氣脫附再生后的活性炭對乙酸乙酯的飽和吸附量保持在0.286g/g左右，活性炭對乙酸乙酯的吸附性能未發(fā)生變化。由于活性炭的吸附再生是在300℃熱空氣中(O2體積分數(shù)為20% )進行的,比實際使用條件要苛刻得多。因此,該活性炭用于乙酸乙酯吸附時，可反復(fù)循環(huán)使用,不會改變其吸附性能。