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    活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生


      乙酸乙酯是廣泛應用于化工領域的有機溶劑,其揮發性易造成空氣的污染,除去空氣中乙酸乙酯的方法主要是吸附法。本文對活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生進行研究;主要研究了乙酸乙酯在3種活性炭上的動態吸附行為,考察了活性炭的孔結構和表面性質對乙酸乙酯吸附性能的影響及活性炭再生吸附性能,并從實用角度考察了水蒸氣存在對吸附的影響。

      一、研究活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生對象及條件
      椰殼活性炭( AC、Y2),煤質活性炭(C5)。3種活性炭在使用前用分樣篩選取過0.45-0.90 mm篩的活性炭顆粒,在120℃下干燥4 h,冷卻后放置待用。乙酸乙酯,分析純,將其蒸氣用高純N2稀釋至一定體積分數存于瓶中作為樣品乙酸乙酯的有機廢氣時使用。
      乙酸乙酯吸附和脫附在自制反應裝置(圖1)上進行。吸附前將0.07g活性炭裝于石英吸附管中,在N2氣流中于120℃處理1 h,降至指定的溫度下進行乙酸乙酯的吸附研究。乙酸乙酯的入口體積分數通過改變高純N2和濃度較高的乙酸乙酯混合氣的流量來調節,吸附前通氣40 min,使兩路氣體流速穩定并混合均勻。吸附起始的準確時間由旋轉前置四通閥將乙酸乙酯混合氣體導入吸附管開始。飽和吸附乙酸乙酯后的活性炭以N2(30 ml/min)在40℃吹至乙酸乙酯流出體積分數不變。


      二、研究活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生結果與討論

      1.活性炭的微孔結構

      圖2為-196℃下3種活性炭在N2中的吸附-脫附等溫線圖。圖中可見:活性炭AC在相對壓力較高(p/po >0.4)的區域有較大的N2滯留回環,而N2在活性炭Y2上的吸附滯留回環極小,這表明活性炭AC具有較多的介孔。表1給出了由上述活性炭吸附-脫附數據采用BJH法計算所得的總孔體積和微孔體積等。

      2.乙酸乙酯在活性炭上的吸附

      圖3和表2分別給出了40℃下不同入口體積分數的乙酸乙脂在上述3種活性炭上的穿透曲線和相應的飽和吸附量。在各入口體積濃度下,乙酸乙酯在活性炭Y2上的穿透曲線均比在活性炭C5和活性炭AC上平緩;表明乙酸乙酯在活性炭Y2孔內的擴散較慢,這是由于活性炭Y2中的介孔結構較少,乙酸乙酯在微孔中的擴散阻力較大,因此其穿透曲線的斜率較小。

      3.活性炭表面含氧基團對乙酸乙酯吸附的影響

      圖4為40℃下乙酸乙酯在經不同處理后的3種活性炭上的吸附穿透曲線。

      圖中可見3種活性炭經300℃空氣處理后,乙酸乙酯的吸附穿透曲線斜率均減小。這是因為活性炭經這種處理后微孔表面含氧基團增加 ,阻礙了乙酸乙酯在微孔中的擴散。3種活性炭經不同表面處理后對乙酸乙酯吸附量的改變以活性炭AC為最大?;钚蕴緼C經500℃高純N2處理后,其表面有部分發基基團分解,使之在40℃、φ(EA) =0.15%的吸附條件下對乙酸乙酯的平衡吸附量由0.27g/g增至0.29 g/g;增幅僅為7% ,接近系統誤差5%。這表明經常規處理的活性炭對乙酸乙酯的吸附熱力學基本不受其表面含氧基團的影響,而僅取決于活性炭的微孔結構。

      4.水蒸氣存在對吸附的影響

      在不同相對濕度下乙酸乙酯在活性炭AC上的穿透曲線如圖5所示。圖中可見,當吸附氣體中有水蒸氣存在時,乙酸乙酯的穿透時間有所縮短。在40℃、φ(EA) =0.15% , RH = 40%時,乙酸乙酯的平衡吸附量為0.25g/g,仍為干燥吸附條件下平衡吸附量(0.28g/g)的90%。這表明在相對濕度< 40%時,水蒸氣的存在對乙酸乙酯在活性炭上吸附雖有一定的抑制作用,但其影響并不顯著。

      5.乙酸乙酯在飽和吸附活性炭上的脫除

      圖6為在φ(EA) =0.15%時,飽和吸附乙酸乙酯后的活性炭在40℃ N2吹掃時的乙酸乙酯相對脫附量的變化圖。圖中可見,乙酸乙酯在活性炭Y2上的吸附較強,N2吹掃1 h后,其累計解吸量僅為0.050g/g,相對脫附量為18%,而活性炭AC和C5的解吸量則分別為0.081和0.090g/g;相對脫附量為29%和44%。這顯然與活性炭Y2有較多的微孔而中孔較少密切相關。

      研究活性炭對乙酸乙酯的吸附和再生結果表明,采用300℃熱空氣脫附再生后的活性炭對乙酸乙酯的飽和吸附量保持在0.286g/g左右,活性炭對乙酸乙酯的吸附性能未發生變化。由于活性炭的吸附再生是在300℃熱空氣中(O2體積分數為20% )進行的,比實際使用條件要苛刻得多。因此,該活性炭用于乙酸乙酯吸附時,可反復循環使用,不會改變其吸附性能。

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