活性炭吸附二元VOCs

　　挥发性有机化合物(VOC)是具有高蒸气压值和沸点高达250℃(在正常条件下)的有机化合物。被视为VOC的物质属于不同类别的有机化合物，例如醇类、酯类、酮类以及脂肪烃和芳香烃。由于它们的特性，它们很容易蒸发并且微溶于水。挥发性有机化合物是许多行业产生的化学物质，例如汽车涂装、炼油厂、溶剂型工艺、塑料和橡胶生产、电子设备制造等行业。此外，工业物流通常是挥发性有机化合物的混合物。本次主要使用新型改性活性炭对丙酮和乙酸乙酯的吸附行为在常压下在固定床反应器中进行研究。

　　试验中活性炭的吸附过程

　　丙酮和乙酸乙酯蒸气的混合物用作吸附物。图1说明了实验装置的方案。将含有纯化合物的冲洗液置于设定为15℃的恒温器中。质量流量控制器用于设置每个组分的流速。根据组分的蒸气压选择流速，以使每种吸附物的初始浓度为100mg/L。气流如下：丙酮：0.1L/min，乙酸乙酯：0.05L/min，和空气：0.135L/min。将空气与丙酮和乙酸乙酯蒸气的混合物从下方引导至吸附床，并将10g吸附剂置于吸附器中。在吸附器的入口处采集气体样品以在此过程中每5分钟测定一次吸附物和吸附器出口的初始浓度，以确定吸附物浓度的变化。这些测量是使用带有火焰离子化检测器进行的，直到乙酸乙酯的出口浓度达到其初始浓度的90%。色谱分析参数如下：空气流量：350mL/min，氢气流量：35mL/min，尾吹气流量(He)：30mL/min，入口温度：100℃，分流比：15。

　　图1：活性炭吸附实验装置方案。

　　改性活性炭从气相中吸附丙酮和乙酸乙酯的过程

　　丙酮和乙酸乙酯蒸气的单一吸附过程的示例性突破曲线如图2所示。丙酮的床突破时间为31分钟，而乙酸乙酯为45分钟。大约一小时后，出口丙酮浓度超过初始浓度达30%。这意味着丙酮分子被乙酸乙酯从吸附床中置换出来。然后乙酸乙酯占据由丙酮腾出的空间。乙酸乙酯出口浓度应接近且不超过初始浓度。

　　图2：改性活性炭吸附丙酮和乙酸乙酯的突破曲线。

　　改性活性炭被证明是丙酮-乙酸乙酯蒸气混合物最有效的吸附剂。活性炭将丙酮的穿透时间从31分钟增加到50分钟，将乙酸乙酯的穿透时间从45分钟增加到70分钟。还观察到最低的吸附前沿迁移速度。在用0.5g/g的改性活性炭的情况下，没有观察到吸附过程的显着变化。用改性后的活性炭上的吸附与未改性的活性炭相比，1和2g/g的改性剂导致两种组分的穿透时间更短。这些量不会产生更好的结果，甚至会恶化两种组分的吸附，这可能与改性剂和分解产物堵塞吸附剂孔有关。这可能与样品中氧含量增加导致吸附剂表面极性增加有关。考虑到样品的加热温度，在每种情况下，我们发现加热到400℃的样品显示出最短的床突破时间。此外，活性炭的改性增加了丙酮从吸附床中的置换量。

　　图3：改性活性炭吸附乙酸乙酯的突破曲线。

　　活性炭吸附二元VOCs在这项研究中，获得了几个改性的活性炭样品，并将其应用于从气相中吸附丙酮和乙酸乙酯。本研究证实了改性剂对活性炭性能的影响。本研究表明，用适量的改性剂(0.2g/g)活性炭并在500℃下加热可以成为从气相中去除丙酮-乙酸乙酯混合物蒸气的有效吸附剂。发现丙酮和乙酸乙酯分子之间发生竞争吸附。改性后的活性炭对乙酸乙酯的吸附亲和力比对丙酮的高。可以得出结论，在从气相吸附VOCs的过程中，关键参数是吸附物的挥发性，挥发性较低的组分(乙酸乙酯)从吸附床中置换了挥发性较高的组分(丙酮)。由于置换效应，出口处的丙酮浓度高于入口浓度。