活性炭納米級微孔吸附甲醛等有機物與分子篩吸附效果對比

針對目前的室內汙染狀況,通常采用柱狀活性炭或者分子篩等吸附劑對有害物質進行吸附,以達到除去汙染的目的。活性炭是一種具有特殊微晶結構和較大比表麵積,且有極強吸附能力的類似石墨的無定型碳。是使用量最多的一種吸附劑,主要用於碳氫化合物的淨化、有機溶劑的回收和消除氣味。其吸附力完全是色散力,對不同物質的分子都能吸附,沒有選擇性,且不受汙染物濃度變化的影響,特別在濕度較高的氣流中,仍能捕集氣流中的汙染物。分子篩是一種人工合成沸石是水合矽鋁酸鹽的晶體。分子篩在結構上有許多孔徑均勻的孔道與排列整齊的孔穴、晶體內的晶穴和孔穴相互溝通,孔穴的體積占沸石晶體體積的50%以上,且孔大小均勻、固定也是一種較為理想的室內空氣淨化劑。本文針對室內空氣淨化常用的活性炭和分子篩,對其對甲醛等汙染物的吸附性能進行比較研究,研究結果表明活性炭的吸附能力優於分子篩。實驗所用的柱狀活性炭和分子篩均為納米級,吸附柱的直徑也很小,並且填充很結實,因此所得結果與柱的動力學有關。甲醛和苯含有極性集團,為極性吸附質,而苯為非極性物質。活性炭極性較分子篩小,因此吸附低濃度的苯性能較好。同理分子篩吸附低濃度甲醛和甲苯性能優秀,但是由於比表麵積和孔道等原因,吸附量要小於活性炭。

1實驗方法
動態吸附裝置    動態吸附裝置如圖1。空氣以一定的流速經過氣體。吸附劑柱裝滿一定質量的吸附劑顆粒。氣相色譜儀主要是吸附劑柱人口和出口吸附質的濃度。

圖1 動態吸附裝置流程圖


l-空氣鋼瓶,2一氣體發生裝置,3-吸附劑柱
4-氣相色譜儀,5-通風櫥
 

13活性炭對甲醛、苯和甲苯的動態飽和吸附量
在吸附連續運行過程中,進氣濃度一定時,尾氣濃度達到進氣濃度的5%(質量分數)時,即該吸附層已穿透。從開始吸附到穿透所持續的時間為穿透時間。穿透時間是選擇吸附劑的一項重要參數。
動態飽和吸附量按照計算公式為

2實驗結果
2.1吸附試驗
一定溫度下,空氣,吸附柱長為50 cm,輪換不同的吸附質和吸附劑,含甲醛等吸附質和空氣以流速為25 mL.min-1壓力為0.5 MPa,每隔一定時間抽取吸附劑柱出口400 uL的樣品,到完全透過時停止。用氣相色譜儀進行檢測,得到測定結果,然後峰麵積對時間作圖。結果如圖2、圖3和圖4。


 
圖2活性炭和分子篩吸附甲醛的穿透曲線


 
 
圖4活性炭和分子篩吸附甲苯的穿透曲線


從圖可知:各個穿透曲線均為典型的S型曲線,前一段時間較平,穿透時指數上升,到高點時有拖尾現象。吸附甲醛和甲苯時,分子篩柱出口初始濃度小於活性炭;吸附苯時,分子篩柱出口初始苯濃度大於活性炭。從穿透曲線形狀看,13X分子篩穿透曲線陡,說明其吸附速度快,整個吸附床層的利用率也就越高。從穿透時間看,活性炭穿透時間較長,吸附平衡時間較長,則達到平衡時的吸附量就會較大。

2.2吸附性能比較

對以上的實驗數據進行處理,得到了不同吸附質的平衡吸附量、穿透時間和吸附平衡時間,從而對活性炭和分子篩的吸附性能進行比較。得到結果見表1。

表1活性炭和分子篩的吸附性能比較

活性炭和分子篩的吸附性能比較

從表可知:
(l)分子篩吸收低濃度的甲醛和甲苯性能較好,而活性炭吸收低濃度的苯性能較好。
(2)綜合平衡吸附量、穿透時間和平衡時間三個指標進行比較,活性炭的吸附性能要優於分子篩。

結論

實驗所用的活性炭和分子篩均為納米級,吸附柱的直徑也很小,並且填充很結實,因此所得結果與柱的動力學有關。甲醛和苯含有極性集團,為極性吸附質,而苯為非極性物質。活性炭極性較分子篩小,因此吸附低濃度的苯性能較好。同理分子篩吸附低濃度甲醛和甲苯性能優秀,但是由於比表麵積和孔道等原因,吸附量要小於活性炭。

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