多孔材料對(duì)烷烴和烯烴類揮發(fā)性有機(jī)物的吸附去除研究.pdf

1、近年來(lái),氣態(tài)污染物的治理越來(lái)越受到人們的重視,其中揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)逐漸成為污染物的重要組成部分。VOCs不僅能危害人類健康、參與大氣光化學(xué)反應(yīng),而且與PM2.5的形成有密切的聯(lián)系。其中低濃度或者非持續(xù)排放的VOCs不宜直接采用傳統(tǒng)的燃燒法等其它降解方法去除,設(shè)備的持續(xù)運(yùn)作會(huì)導(dǎo)致大量的能源消耗,從而大大降低了污染控制的經(jīng)濟(jì)性。而采用吸附法既可直接吸附除去VOCs,通過(guò)解吸、回收利用吸附質(zhì)實(shí)現(xiàn)資源化;又可通過(guò)先吸附、富集污染物,再聯(lián)

2、合其它方法實(shí)現(xiàn)降解來(lái)降低能耗。吸附法除去VOCs的關(guān)鍵是吸附劑對(duì)吸附質(zhì)擁有較高的吸附量,本研究中選取乙烯和正丁烷作為VOCs的代表物。
　　本論文首先選取多種擁有不同孔徑、不同孔結(jié)構(gòu)的常見多孔材料作為吸附劑,研究其在常溫附近(35℃)對(duì)乙烯和正丁烷的吸附行為,并對(duì)進(jìn)一步用以改性的材料進(jìn)行初步篩選。通過(guò)改變吸附時(shí)的壓力、溫度等條件發(fā)現(xiàn):在吸附溫度升高時(shí),只有酸性分子篩對(duì)乙烯的吸附不符合一般規(guī)律。通過(guò)多種表征手段證實(shí):乙烯在分子篩酸性

3、中心上會(huì)發(fā)生芳環(huán)化并被吸附,從而導(dǎo)致吸附量的上升。
　　然后,論文以結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、有序的分子篩為改性對(duì)象,考察不同的改性手段對(duì)吸附造成的影響。使用適當(dāng)濃度的酸堿溶液對(duì)分子篩進(jìn)行骨架元素部分溶解改性,創(chuàng)造出新的吸附位,實(shí)現(xiàn)氣體的吸附量提高約12％。利用表面活性劑及蔗糖對(duì)分子篩進(jìn)行表面碳化改性,提高分子篩表面的非極性,其中蔗糖改性的MCM-48分子篩對(duì)正丁烷的吸附量提高近60%。使用離子交換法對(duì)MCM-41分子篩完成過(guò)渡金屬離子交換改

4、性,將鎳元素引入分子篩中,改性后的樣品在35℃、100kPa下對(duì)乙烯的最大吸附量超過(guò)400cm3/g,約為商用活性炭的6倍,遠(yuǎn)高于現(xiàn)有其它文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的數(shù)據(jù)。通過(guò)多種表征手段證實(shí):改性MCM-41中的二價(jià)鎳在經(jīng)過(guò)高溫處理后轉(zhuǎn)變?yōu)橐粌r(jià)鎳,并成為乙烯吸附過(guò)程中發(fā)生聚合反應(yīng)并被吸附的活性中心,從而導(dǎo)致吸附量的增加。
　　最后,成功地分別制備出擁有特殊結(jié)構(gòu)的分子篩和活性炭,并作為吸附劑用于吸附研究。以MCM-41為基體,引入Beta分子篩制備

5、出一系列擁有微孔、介孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合分子篩,與純MCM-41吸附劑相比氣體吸附量提高約30%。作為吸附劑的活性炭則以咖啡渣和柚子皮為原料、使用磷酸活化制備,其中以咖啡渣為原料制備出的活性炭比商用活性炭擁有更多的超微孔;而以柚子皮為原料制備出的活性炭則擁有獨(dú)特的介孔結(jié)構(gòu),其對(duì)正丁烷的最大吸附量約為商用活性炭的兩倍。
　　通過(guò)論文中對(duì)不同吸附劑多種吸附行為的研究,為吸附法除去VOCs提供了一定的理論和應(yīng)用依據(jù)。在對(duì)吸附溫度的影響研究中