親水性活性炭制備及其吸附水蒸氣實驗與理論模擬研究.pdf

1、親水性活性炭制備及其吸附水蒸氣實驗與理論模擬研究摘要：對于利用吸附法處理微環(huán)境中水蒸氣時，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理研究較多，其吸附相關(guān)理論也已比較完善。而對于水蒸氣在活性炭中吸附過程與機理還有很多問題需要認識與解決。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活性炭物性影響作為出發(fā)點，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確對活性炭相關(guān)物性進行預(yù)測。較高的氧氣濃度、較低的改性溫度與較長的改性時間有利于增加活性炭表面氧含量。對活性炭物性參數(shù)優(yōu)化可通

3、過兩種方式實現(xiàn)：(1)：在氧氣濃度極低的環(huán)境中，適當提高改性溫度與增加改性時間；(2)：增加氧氣濃度，降低改性溫度與縮短改性時間。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等測試手段，探討了活性炭表面官能團在熱氧環(huán)境中的變化規(guī)律。研究表明：硝酸改性活性炭表面會生成含氧、含氮官能團。酚羥基／羥基官能團在378—473K內(nèi)氧化生成羧基官能團；本底碳在573773K內(nèi)氧化生成環(huán)氧基／內(nèi)酯基官

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