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活性炭吸附二元VOCs
揮發性有機化合物(VOC)是具有高蒸氣壓值和沸點高達250℃(在正常條件下)的有機化合物。被視為VOC的物質屬于不同類別的有機化合物，例如醇類、酯類、酮類以及脂肪烴和芳香烴。由于它們的特性，它們很容易蒸發并且微溶于水。揮發性有機化合物是許多行業產生的化學物質，例如汽車涂裝、煉油廠、溶劑型工藝、塑料和橡膠生產、電子設備制造等行業。此外，工業物流通常是揮發性有機化合物的混合物。本次主要使用新型改性活性炭對丙酮和乙酸乙酯的吸附行為在常壓下在固定床反應器中進行研究。
試驗中活性炭的吸附過程
丙酮和乙酸乙酯蒸氣的混合物用作吸附物。圖1說明了實驗裝置的方案。將含有純化合物的沖洗液置于設定為15℃的恒溫器中。質量流量控制器用于設置每個組分的流速。根據組分的蒸氣壓選擇流速，以使每種吸附物的初始濃度為100mg/L。氣流如下：丙酮：0.1L/min，乙酸乙酯：0.05L/min，和空氣：0.135L/min。將空氣與丙酮和乙酸乙酯蒸氣的混合物從下方引導至吸附床，并將10g吸附劑置于吸附器中。在吸附器的入口處采集氣體樣品以在此過程中每5分鐘測定一次吸附物和吸附器出口的初始濃度，以確定吸附物濃度的變化。這些測量是使用帶有火焰離子化檢測器進行的，直到乙酸乙酯的出口濃度達到其初始濃度的90%。色譜分析參數如下：空氣流量：350mL/min，氫氣流量：35mL/min，尾吹氣流量(He)：30mL/min，入口溫度：100℃，分流比：15。
圖1：活性炭吸附實驗裝置方案。
改性活性炭從氣相中吸附丙酮和乙酸乙酯的過程
丙酮和乙酸乙酯蒸氣的單一吸附過程的示例性突破曲線如圖2所示。丙酮的床突破時間為31分鐘，而乙酸乙酯為45分鐘。大約一小時后，出口丙酮濃度超過初始濃度達30%。這意味著丙酮分子被乙酸乙酯從吸附床中置換出來。然后乙酸乙酯占據由丙酮騰出的空間。乙酸乙酯出口濃度應接近且不超過初始濃度。
圖2：改性活性炭吸附丙酮和乙酸乙酯的突破曲線。
改性活性炭被證明是丙酮-乙酸乙酯蒸氣混合物最有效的吸附劑。活性炭將丙酮的穿透時間從31分鐘增加到50分鐘，將乙酸乙酯的穿透時間從45分鐘增加到70分鐘。還觀察到最低的吸附前沿遷移速度。在用0.5g/g的改性活性炭的情況下，沒有觀察到吸附過程的顯著變化。用改性后的活性炭上的吸附與未改性的活性炭相比，1和2g/g的改性劑導致兩種組分的穿透時間更短。這些量不會產生更好的結果，甚至會惡化兩種組分的吸附，這可能與改性劑和分解產物堵塞吸附劑孔有關。這可能與樣品中氧含量增加導致吸附劑表面極性增加有關。考慮到樣品的加熱溫度，在每種情況下，我們發現加熱到400℃的樣品顯示出最短的床突破時間。此外，活性炭的改性增加了丙酮從吸附床中的置換量。
圖3：改性活性炭吸附乙酸乙酯的突破曲線。
活性炭吸附二元VOCs在這項研究中，獲得了幾個改性的活性炭樣品，并將其應用于從氣相中吸附丙酮和乙酸乙酯。本研究證實了改性劑對活性炭性能的影響。本研究表明，用適量的改性劑(0.2g/g)活性炭并在500℃下加熱可以成為從氣相中去除丙酮-乙酸乙酯混合物蒸氣的有效吸附劑。發現丙酮和乙酸乙酯分子之間發生競爭吸附。改性后的活性炭對乙酸乙酯的吸附親和力比對丙酮的高。可以得出結論，在從氣相吸附VOCs的過程中，關鍵參數是吸附物的揮發性，揮發性較低的組分(乙酸乙酯)從吸附床中置換了揮發性較高的組分(丙酮)。由于置換效應，出口處的丙酮濃度高于入口濃度。
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