【摘要】：隨著各種裝修材料在室內(nèi)裝潢的使用,室內(nèi)甲醛污染逐漸引起了廣泛的關(guān)注和高度的重視。甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織列為致癌和致畸物質(zhì),嚴重威脅著人類的身體健康。因此,開發(fā)以甲醛為代表的室內(nèi)空氣污染物消除和處理技術(shù)迫在眉睫。吸附法作為使用最廣泛的甲醛處理方法,具有簡單高效,成本低,可重復利用等優(yōu)點。其中活性炭纖維以及活性炭這類多孔炭材料作為性能優(yōu)異的吸附材料,具有比表面積大、孔容大、微孔數(shù)量多、性能穩(wěn)定等特點,被廣泛使用在甲醛以及其它氣體的吸附處理中。其孔結(jié)構(gòu)以及表面官能團對甲醛吸附的影響已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注,然而關(guān)于活性炭纖維和活性炭的孔徑分布以及表面含氧官能團對甲醛吸附影響的研究較為有限。本文以一系列不同活性炭纖維(R-ACF、PAN-ACF、P-ACF)以及對針狀焦進行堿活化制得的高比表面積活性炭為研究對象,通過硝酸、過氧化氫、空氣進行氧化改性提升材料表面含氧官能團數(shù)量,以及負載乙二胺為材料引入一定的含氮官能團,對制備出的材料通過動態(tài)吸附法在固定床內(nèi)測試室溫下吸附劑對甲醛的吸附性能,探究活性炭纖維以及活性炭吸附甲醛的影響因素,為低濃度室內(nèi)甲醛污染治理到高濃度工業(yè)甲醛脫除提供一定理論基礎(chǔ)。主要結(jié)論如下:(1)首先以三種不同類型活性炭纖維(R-ACF、PAN-ACF、P-ACF)為原料研究了其甲醛吸附性能,發(fā)現(xiàn)孔徑分布在0.9-1.8nm范圍內(nèi)的微孔數(shù)量多的活性炭纖維其甲醛的穿透容量較大,對甲醛的吸附性能較好�；钚蕴坷w維表面含氮官能團數(shù)量越多,其甲醛吸附性能越好。(2)甲醛吸附性能主要由活性炭纖維樣品孔徑在0.9-1.8 nm之間具有的孔的比表面積和孔容的大小來決定,與總比表面積和孔容大小無關(guān)。經(jīng)過濃HNO3氧化改性后的活性炭纖維樣品甲醛穿透容量由22.90 mg/g增加至58.21 mg/g�；钚蕴坷w維表面酸性含氧官能團(如酚羥基、內(nèi)酯基、羧基等)數(shù)量的增加是活性炭纖維樣品甲醛吸附能力提升的主要原因。(3)通過KOH對針狀焦進行活化制得了不同比表面積和孔容的活性炭樣品,其中AC7具有最大的比表面積(3552 m2/g)和孔容(2.12 cm3/g)以及最長的甲醛穿透時間,穿透容量為8.57 mg/g。將經(jīng)過硝酸預處理的AC7進行乙二胺浸漬改性,改性后的AC7-HN03-EDA樣品具有3.1h的甲醛穿透時間,穿透容量達到了24.91 mg/g。硝酸預處理使得活性炭表面產(chǎn)生大量酸性含氧官能團,這些官能團不僅有利于乙二胺的擔載,同時對甲醛的吸附也能產(chǎn)生很好的效果。
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ342.742;O647.3
【圖文】：

的氧化產(chǎn)物中分離制得。甲醛是生產(chǎn)酚醛樹脂、脲醛樹脂、維綸、烏洛托品、季戊四醇、逡逑染料、農(nóng)藥和消毒劑等產(chǎn)品的原料。是用途廣泛、原料充足的大眾化工產(chǎn)品。逡逑甲醛的球棍模型如圖１．１所示。一個甲醛分子含有兩個碳氫單鍵（Ｃ－Ｈ）和一個碳氧雙逡逑鍵（Ｃ＝０），其中碳原子以三個ｓｐ２雜化軌道形成三個（５鍵。其中一個（Ｊ鍵是和氧原子形成逡逑的。這三個鍵在同一平面上。碳原子的一個ｐ軌道和氧的一個ｐ軌道彼此重疊起來形成逡逑一個７１鍵，與三個（Ｉ鍵所成的平面垂直。甲醛分子中含有羰基氧原子，而羰基氧原子上逡逑

孔和中孔為主，以便在１０－５００ｐｐｍ的濃度范圍內(nèi)具有更高的吸附容量。逡逑１．３．１邋活性炭（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ邋Ｃａｒｂｏｎ，邋ＡＣ）逡逑活性炭（ＡＣ）（圖１．２）是是一種微孔數(shù)量顯著的多孔碳吸附劑，由基于石墨微晶和少量逡逑灰分的無定形結(jié)構(gòu)碳組成。它以各種貝殼、竹炭、木炭、優(yōu)質(zhì)煤、石油焦等為原料，通逡逑過化學和物理方法對原料進行破碎、篩分、活化、漂洗、干燥和篩選等一系列工藝制備逡逑而成。在炭化期間，通過原料的熱解分解，大部分非碳元素如氧、氫、氮和硫作為揮發(fā)逡逑性氣態(tài)產(chǎn)物揮發(fā)。殘留的碳原子將自身以隨機方式交聯(lián)的芳香片堆疊。這些芳香片的相逡逑互排列不規(guī)則，在片與片之間留有自由空隙，這些間隙產(chǎn)生的孔隙使活性炭成為性能優(yōu)逡逑異的吸附劑。逡逑活性炭的主要成分是碳，并含有少量的氫、氧、硫、氮、氯等元素。這些元素對活逡逑性炭酸堿性、潤濕性、吸附選擇性、催化性能和導電性均有影響。ＡＣ按外觀可分為顆逡逑�；钚蕴浚ǎ牵颍幔睿酰欤幔蝈澹粒悖簦椋觯幔簦澹溴澹茫幔颍猓铮�，邋ＧＡＣ）和粉末活性炭（Ｐｏｗｄｅｒ邋Ａｃｔｉｖａｔｅｄ邋Ｃａｒｂｏｎ，邋ＰＡＣ），逡逑兩者均具有很大的比表面積，在５００－３０００ｍ２／ｇ之間，同時具有高度發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，因逡逑此具有很強的吸附性能，是廣泛使用的商業(yè)吸附劑�；钚蕴窟�具有良好的機械強度和化逡逑學穩(wěn)定性

還具有更加優(yōu)異的性能（如組裝靈活、傳質(zhì)阻力小等）。使用不同的原料纖維可以制備不逡逑同基底的活性炭纖維，不同基底的活性炭纖維的制備工藝也不盡相同。以ＰＡＮ－ＡＣＦ和逡逑Ｐ－ＡＣＦ為例（圖１．３），丙烯腈和煤焦油瀝青首先發(fā)生聚合反應，然后經(jīng)紡絲得到聚丙烯腈逡逑纖維和瀝青纖維，通過預氧化使得纖維中的線型分子轉(zhuǎn)化為熱穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過高溫逡逑炭化去除前驅(qū)體中的氫元素和氧元素，最后用水蒸氣、Ｃ０２等活化劑與纖維反應，通過逡逑生成大量氣體分子進行活化造孔，最終制得聚丙烯腈基活性炭纖維和瀝青基活性炭纖維逡逑［６１］。逡逑

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8 張峰;陶s

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