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    用活性炭吸附苯、甲苯有機廢氣


      隨著工業的發展,有機廢氣的排放迅速增加。涂裝、印刷、絕緣材料、皮革加工等行業排放大量含苯、甲苯的多組分有機廢氣。對于有機廢氣的治理,研究人員已經開發出一些控制技術;廣泛采用且研究較多的控制技術有吸附法、熱破壞法、冷凝法、吸收法等。其中吸附法的應用極為廣泛。本文主要研究用活性炭吸附苯、甲苯有機廢氣的穿透曲線,并用動力學理論對其吸附平衡進行預測。

      一、研究活性炭吸附苯、甲苯有機廢氣裝置及方法

      1.實驗原料:吸附劑C70顆粒狀活性炭,其特性如表1。


      2.吸附質:實驗中使用的吸附質為苯、甲苯,純度均大于99.5%。

      3.氣體:實驗使用的氣體有氮氣和氫氣,純度大于99.9%。

      4.研究流程:本實驗流程如圖1所示,包括配氣系統、恒溫及吸附系統、濃度檢測系統。
    用活性炭吸附苯、甲苯有機廢氣

      5.配氣系統: 氮氣作載氣,通過減壓閥經硅膠和5A分子篩凈化管后,進入校準后的轉子流量計,然后進入汽化器,與微量針筒注射泵在一定轉速下注入的定量有機物試劑混合均勻。微量針筒泵流量在0~99.9mL/ hr-1 范圍內可調。

      二、用活性炭吸附苯、甲苯有機廢氣結果與討論

      1.純組分吸附平衡

      圖2純苯、純甲苯的等溫吸附線對純組分苯、甲苯在溫度30°C的吸附進行測定,實驗結果見圖2。
      2.二組分吸附的穿透曲線

      控制苯、甲苯在混合廢氣中的總濃度約3951x100-6、 改變混合氣體組成進行了穿透吸附實驗,每隔5分鐘測定一次出口濃度,直至出口濃度與進口濃度相等。各種組成下的吸附穿透曲線見圖3。圖中(a)、(b)、 (c)、 (d)分別表示不同組成下的穿透曲線。

      圖3所示的穿透曲線,顯示出明顯的二組分吸附的特征。由于吸附時各組分間的相互競爭,使得吸附現象變得復雜了。顯而易見,實驗中使用的活性炭對甲苯的吸附能力比苯強。正是由于對不同組分的吸附能力的差異,使得吸附穿透曲線發生了明顯的變化,從而吸附過程更加復雜。甲苯能從活性炭中置換出已被吸附的苯,即吸附能力強的組分能置換吸附能力弱的組分。整個吸附過程可以分為三個階段。第一階段,新的或剛再生過的活性炭對穿過氣流中的有機成分進行吸附。此時,吸附進行得比較完全,排氣中有機成份含量接近于零,穿透曲線幾乎是一條直線。第二階段,吸附達到穿透點,排氣中的有機成分含量顯著增大。第三階段,排氣中的各組分含量漸趨穩定,活性炭吸附達到飽和。
      3.二組分吸附的動力學分析

      從圖3所示的各種條件下的穿透曲線,可計算出相應條件下的吸附平衡。同時,運用有關理論,我們可以對多組分吸附的動力學進行分析,并與實驗結果進行比較。鑒于直接測定多組分吸附等溫線的復雜和繁瑣,通常采用理論方法從純組份的吸附等溫線來分析預測多組分的吸附平衡。用E-L方程和IAST理論兩種方法對二組分吸附進行預測,并同實驗實測值相比較。結果見圖4。
    用活性炭吸附苯、甲苯有機廢氣

      由圖4可以看出苯-甲苯二元吸附的平衡關系,E-L方程和IAST計算出的吸附總量與研究結果非常接近,說明這兩個理論用于預測多組分吸附時還是比較準確的,這也正是學者們經常采用它們來預測多組分吸附平衡的原因所在。

      研究用活性炭吸附苯、甲苯有機廢氣表明:多組分吸附的情況下,由于各組分之間的工相競爭和干涉,吸附現象會變得比較復雜,在研究條件下,吸附能力較強的甲苯組分能將已被吸附的苯組分置換出來。

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