活性炭对甲苯的吸附测试，甲苯是一种有毒且对环境有害的气体，由工业活动产生。活性炭吸附甲苯气体是一种经济可行的去除方法。在本研究中，我们使用两种方法制造改性活性炭，并研究了改性活性炭的吸附性能。

　　石油化学，有机化学，涂料和其他工业生产的挥发性有机化合物(VOCs)通过部分破坏臭氧层而造成环境破坏。在传统的化学设施中，活性炭吸附已广泛用于低浓度VOC的处理。具有大比表面积，致密孔结构和优异吸附性能的活性炭已成为用于去除VOC的好选择。我们可以对活性炭进行改性以改善其结构性质，从而提高其吸附性能。改变活性炭结构性质的方法主要包括物理方法，化学方法，以及这两种方法的组合。通过改性能够使活性炭的比表面积大大增加，形成精细的孔结构。表面化学改性能够通过加载对应于目标吸附物的官能团来增强活性炭的吸附性能，从而促进化学反应。

　　活性炭的热化合物改性

　　将预处理的活性炭置于真空管中，从管的侧面通入99%氮气(流速为15L/h)，并在所得的管式炉中对活性炭进行60分钟的热处理。温度控制在260-600摄氏度。所得样品表示为活性炭-N。将样品活性炭-N置于200mL1mol·L-1的硝酸(HNO 3)溶液中作为改性溶液，在恒温磁力搅拌器中在70摄氏度的温度下处理24小时，中和过滤后用去离子水洗涤，并在真空烘箱中在100摄氏度的温度下干燥24小时。所得样品用活性炭-HNO表示。

　　高重力下的热化合物改性

　　活性炭在高重力环境中的热化合物改性。将100g活性炭作为填料层，并且以900r/min的速度操作300分钟，其中99%氮气从入口端口通过。得到的活性炭表示为活性炭-RPB-N。原始活性炭和活性炭-RPB-N用1mol·L-1HNO 3在70摄氏度，流速40L·min-1，转速36.3Hz下进行改性。在该处理之后，在用去离子水冲洗后，将两个样品在真空烘箱中在110摄氏度下干燥24小时，并分别表示为活性炭-RPB-HNO和活性炭-RPB-N-HNO。

　　在高重力物理改性过程中，氮气分布不再是从顶部到底部的单一流动，而是通过所有方向的对流输送到活性炭。在与活性炭接触后，氮气产生新的微孔并挖掘现有的吸附通道。因此，它增加了它们的表面积和孔容量。简化的原理图如图1所示。

　　图1.正常和高重力环境中氮和硝酸改性的示意图。

　　活性炭吸附性能的实验研究

　　在吸附柱中研究了活性炭吸附甲苯的能力。活性炭的用量为10g，吸附质甲苯气体由气体发生器产生。通过测定吸附前后甲苯的浓度，得到了不同条件下活性炭吸附性能的数据。实验吸附装置的流程图如图2所示。将来自气体发生器的甲苯气体与氮气混合，然后将其吸附在恒温吸附塔中。通过在线FID检测器测量吸附前后的甲苯含量，并通过流量计控制甲苯流量。当脱气和入口浓度在30分钟内保持一致时，认为已达到吸附平衡。吸附气体通过废气出口排空。

　　图2.吸附流动图的实验。

　　几种活性炭对甲苯的吸附性能比较

　　甲苯在不同活性炭上的穿透曲线和吸附等温曲线如图3所示和4。不同活性炭上的吸附速率从高到低依次为：活性炭-RPB-N-HNO>活性炭-RPB-HNO>活性炭-HNO>活性炭-RPB-N>活性炭-N>原始活性炭。吸附速率越大，渗透时间越长，这又与活性炭的复杂孔径分布和表面官能团的量有关。活性炭的微孔体积在高温氮气中增大，这增加了活性炭通道的内部孔隙体积。在高重力氮气环境中，不利于甲苯吸收的原始活性炭的内部结构被重新分配并分裂成新的空间构型，这进一步增加了突破时间。HNO 3处理的活性炭的突破时间在高重力环境中的改性大于具有HNO 3浸泡的改性活性炭。这是因为HNO 3分散的细小液滴中，这增加了其与活性炭的表面和内部的接触概率，这反过来增强了活性炭上含氧官能团的负载并增加了它们的吸附效率。在重力作用下，复合改性处理的活性炭具有较长的穿透时间和较大的吸附速率，因为物理改性增加了比表面积，增大了孔体积分布，而化学改性增加了表面氧基团数。反过来，这些特性增强了吸附性能。

　　图3. 活性炭的突破曲线。

　　图4.活性炭的吸附等温曲线。

　　经过我们的吸附测试在常规和高重力环境中物理，化学和化合物改性之后活性炭的吸附性质。研究了甲苯在不同活性炭上的吸附。通过高重力化合物改性处理的活性炭具有最大的吸附速率和容量。还发现微孔结构在活性炭吸附甲苯的过程中起主导作用。活性炭的优异吸附性是由于化合物的改性，增加了有效吸附位点的数量。活性炭-RPB-N-HNO上甲苯的表面覆盖率为51.67%。因此，在高重力下活性炭的复合改性可以大大提高吸附性能。