活性炭纤维对氯仿气体动态吸附的研究_陶阳宇

活性炭纤维对氯仿气体动态吸附的研究陶阳宇康娟徐泽林赵玉明(南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210093)摘要为了探讨活性炭纤维(ACF)对氯仿有机废气的动态吸附,考察氯仿气体流速、浓度、温度、ACF再生次数对吸附效率的影响以及滤速和压降的关系。结果表明:低浓度、低流速、低温度均有利于吸附。ACF对氯仿的吸附以物理吸附为主。提高氯仿气体滤速,气体压降增大。关键词活性炭纤维氯仿吸附在化工行业中常以氯仿为溶剂,氯仿有中等毒性,可经消化道、皮肤接触进入机体。对眼和皮肤有刺激作用,并能损害心脏、肝脏、肾脏。所以在生产、使用过程中,对氯仿的处理十分重要,应使其在空气中的排放浓度尽可能小,使危害程度降到最低。活性炭纤维(ACF)与活性炭相比,ACF具有优良的结构特征。它含碳量高、比表面积大、微孔丰富、孔径分布窄,并带有一定量的表面官能团。因此比普通活性炭具有更好的吸附和脱附性能[1,2]。1实验部分1.1实验材料所用ACF为南通苏通碳纤维有限公司生产的粘胶基ACF。比表面积1600m2g,孔容积1.1mLg,平均孔径2×10-6mm。ACF使用前在110℃烘箱内处理30min,以脱除ACF中的水蒸气及其它挥发性杂质,然后在干燥器内冷却到室温。ACF在吸附柱内装填高度为40mm。1.2实验流程[3]实验流程见图1,采用动态配气法,通过调节氮气钢瓶减压阀和流量计可以获得不同流量和不同浓度的氯仿气流。氯仿发生器温度控制在(40±1)℃。调节吸附柱外的水浴温度,可控制吸附时的温度。1—氮气钢瓶;2—减压阀;3—流量计;4—氯仿发生器;5—混合瓶;6—膜盒压力表;7—吸附柱;8—多孔玻板吸收管。图1实验装置示意图1.3氯仿气体的采样[4]以多孔玻板吸收管为采样器,丁酮为吸收液进行避光采样,记录采样时间、流量、温度及气压,计算标准状况下所采集的氯仿气体体积。1.4测定方法氯仿采用气相色谱法测定。1.5吸附量的计算[5]以ACF对氯仿的吸附率为90%的吸附时间为穿透时间tb,相应的吸附量为穿透吸附量qb;以吸附效率降为10%的吸附时间为饱和吸附时间te,相应的吸附量为饱和吸附量qe。作出吸附时间与出口浓度之间关系的吸附透过曲线(见图2),各时间内吸附量可按下式计算:q=∫T0Q(C0-Ct)dt=QC0t-∫T0Ctdt,式中C0———氯仿入口浓度mgL;Ct———t时(min)氯仿出口浓度mgL;Q———采气流量Lmin;∫T0Ctdt———tmin时穿透曲线下的面积。图2吸附穿透曲线2结果与讨论2.1流速对吸附效率的影响固定其它条件,调整氮气钢瓶减压阀及各流量计44环境工程2007年8月第25卷第4期DOI:10.13205/j.hjgc.2007.04.006的流量而改变气体的流速,测定不同吸附时间时氯仿的出口浓度,可得到不同流速时ACF吸附氯仿气体的穿透曲线,由此曲线得到对应的吸附参数,见表1。表1不同流速时ACF吸附氯仿气体的穿透时间和穿透吸附量ACF质量g线速度(cm·s-1)穿透时间(min·g-1)穿透吸附量(mg·g-1)条件0.6325.347212.50.6157.137186.5浓度11.25mgL0.60314.120173.2温度25℃0.61221.214170.2由表1可知,流速增大,穿透时间缩短,穿透吸附量也减少,说明随着流速的增大,氯仿与ACF的接触时间缩短,吸附效率下降。2.2温度对吸附效率的影响固定其它条件不变,仅改变水浴恒温槽的温度来调整吸附柱的温度,测定不同吸附时间时氯仿的出口浓度,可得到ACF在不同温度下吸附氯仿的穿透曲线,并由此曲线得到对应的吸附参数,见表2。表2不同温度时ACF吸附氯仿气体的穿透时间和穿透吸附量吸附温度℃穿透时间(min·g-1)穿透吸附量(mg·g-1)条件2545203.5浓度9.5mgL4026182.3流量1000mLmin5019155.6由表2可见,随着吸附温度的升高,穿透时间缩短,吸附量降低,这说明ACF对氯仿主要起物理吸附作用。所以在低温的情况对吸附有利。2.3氯仿气体浓度对吸附效率的影响固定其它条件不变,调节流量计改变氯仿气体入口浓度,由于低浓度氯仿吸附达到平衡的时间很长,因而本实验最低浓度选用7.38mgL。测定不同时间时氯仿气体的出口浓度,从而得到ACF吸附不同浓度氯仿气体的透过曲线,根据曲线计算出穿透时间和穿透吸附量,见表3。表3不同入口浓度时ACF吸附氯仿气体的穿透时间和穿透吸附量入口浓度(mg·L-1)穿透时间(min·g-1)穿透吸附量(mg·g-1)条件7.3845203.513.4242236.4流量1000mLmin25.3231278.6温度25℃40.3326325.5从表3可以看出,随着入口浓度的升高,穿透时间缩短,穿透