針對(duì)市售蜂窩活性炭對(duì)乙酸乙酯的吸附脫附性能進(jìn)行中試研究,旨在為實(shí)際工程選型應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。通過測(cè)定蜂窩活性炭不同工況條件對(duì)乙酸乙酯污染物的動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線,利用Yoon-Nelson模型擬合和回歸分析,獲得不同條件對(duì)蜂窩活性炭吸附性能的影響和關(guān)系式。結(jié)果表明廢氣中乙酸乙酯濃度對(duì)蜂窩活性炭的飽和吸附量和無效層厚度的影響為正相關(guān);相對(duì)濕度對(duì)蜂窩活性炭的飽和吸附量的影響為負(fù)相關(guān),對(duì)無效層厚度的影響為正相關(guān)。在已知廢氣濃度和濕度的工程應(yīng)用中,可采用關(guān)系式Y(jié)1=16.65+0.03X1-0.2X2和Y2=-5.00+0.0086X1+0.075X2分別對(duì)蜂窩活性炭的動(dòng)態(tài)飽和吸附量和無效層厚度進(jìn)行初步估算。在熱空氣脫附過程中,開始脫附需保證最后一層炭的入口溫度達(dá)到55℃;階梯升溫可以獲得穩(wěn)定的脫附濃度,但其脫附濃度的高低受起始溫度的影響。 

【文章來源】：能源與環(huán)境. 2020,(04)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

蜂窩活性炭動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

研究在維持風(fēng)量50 m3/h、溫度30℃、相對(duì)濕度40%不變的情況下，測(cè)得不同初始濃度的乙酸乙酯氣體通過6層高度的蜂窩活性炭吸附床的穿透曲線如圖2所示。由圖2的穿透曲線可見，隨著吸附入口初始濃度的不斷提高，蜂窩活性炭的吸附穿透曲線逐漸變陡并向左移動(dòng)。以30 mg/m3的穿透濃度為限，當(dāng)吸附床入口氣體濃度由48 mg/m3提高到174 mg/m3時(shí)，穿透時(shí)間不斷提前，降低了炭床的有效防護(hù)時(shí)間。穿透曲線的Yoon-Nelson模型擬合結(jié)果顯示，相關(guān)系數(shù)為0.971～0.993，擬合性較好。由表3中參數(shù)可明顯看出，隨著入口乙酸乙酯濃度的增加，蜂窩活性炭的動(dòng)態(tài)飽和吸附容量增加，kvC0/a0值變大，無效層厚度增加。研究認(rèn)為kvC0/a0值的大小直接反映了穿透曲線斜率的大小，kvC0/a0值越大，說明穿透曲線斜率越大，吸附劑的吸附速率越快[14]。提高入口濃度會(huì)使得乙酸乙酯分子與蜂窩活性炭吸附孔隙發(fā)生有效碰撞的幾率增加，并且氣相與活性炭表面乙酸乙酯的濃度梯度較大，雙重因素導(dǎo)致了蜂窩活性炭吸附量和吸附速率的提高。無效層厚度即吸附床傳質(zhì)區(qū)的長(zhǎng)度，其值越大說明吸附床的有效利用率越低[15]。隨著入口濃度的提高，乙酸乙酯的外擴(kuò)散速度和外擴(kuò)散推動(dòng)力增加，導(dǎo)致傳質(zhì)區(qū)的長(zhǎng)度增加，床層有效利用率下降，穿透時(shí)間大大提前[16]。

為了考察進(jìn)氣濕度對(duì)蜂窩活性炭吸附性能的影響，研究控制進(jìn)氣相對(duì)濕度20%、40%和80%三個(gè)梯度，測(cè)試得到在30℃環(huán)境下，不同相對(duì)濕度條件下乙酸乙酯的穿透曲線（見圖3）。如圖3所示，隨著氣體濕度的不斷提高，蜂窩活性炭的吸附穿透曲線向左移動(dòng)，保護(hù)時(shí)間下降。當(dāng)以30 mg/m3的穿透濃度為限，入口氣體濕度超過40%時(shí)，保護(hù)時(shí)間急劇下降。對(duì)得到的穿透曲線與Yoon-Nelson模型進(jìn)行擬合，由表4的擬合結(jié)果可知，相關(guān)系數(shù)均大于0.95，吻合度高。隨著氣流相對(duì)濕度的增加，蜂窩活性炭的動(dòng)態(tài)飽和吸附量下降，kvC0/a0值和無效層厚度增加。說明濕度的增加會(huì)加快蜂窩活性炭的吸附飽和，活性炭的有效利用率下降。分析認(rèn)為該結(jié)果與水分子和乙酸乙酯的競(jìng)爭(zhēng)吸附有關(guān)。實(shí)驗(yàn)采用的蜂窩活性炭并未進(jìn)行疏水處理，水分子的極性大于乙酸乙酯的極性，所以當(dāng)氣流相對(duì)濕度增加，水汽粘附在蜂窩活性炭表面的含氧基團(tuán)上，然后更多的水汽通過粘附的水分子的羥基進(jìn)一步的吸附在蜂窩活性炭上，導(dǎo)致留給乙酸乙酯的有效孔容積減少，最終導(dǎo)致吸附容量下降，吸附速率增加[17]。由于水汽的競(jìng)爭(zhēng)吸附，導(dǎo)致乙酸乙酯在吸附劑表面的傳質(zhì)阻力增大，無效層厚度增加。

【參考文獻(xiàn)】：
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