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活性炭对乙酸乙酯的吸附和再生


  乙酸乙酯是广泛应用于化工领域的有机溶剂,其挥发性易造成空气的污染,除去空气中乙酸乙酯的方法主要是吸附法。本文对活性炭对乙酸乙酯的吸附和再生进行研究;主要研究了乙酸乙酯在3种活性炭上的动态吸附行为,考察了活性炭的孔结构和表面性质对乙酸乙酯吸附性能的影响及活性炭再生吸附性能,并从实用角度考察了水蒸气存在对吸附的影响。

  一、研究活性炭对乙酸乙酯的吸附和再生对象及条件
  椰壳活性炭( AC、Y2),煤质活性炭(C5)。3种活性炭在使用前用分样筛选取过0.45-0.90 mm筛的活性炭颗粒,在120℃下干燥4 h,冷却后放置待用。乙酸乙酯,分析纯,将其蒸气用高纯N2稀释至一定体积分数存于瓶中作为样品乙酸乙酯的有机废气时使用。
  乙酸乙酯吸附和脱附在自制反应装置(图1)上进行。吸附前将0.07g活性炭装于石英吸附管中,在N2气流中于120℃处理1 h,降至指定的温度下进行乙酸乙酯的吸附研究。乙酸乙酯的入口体积分数通过改变高纯N2和浓度较高的乙酸乙酯混合气的流量来调节,吸附前通气40 min,使两路气体流速稳定并混合均匀。吸附起始的准确时间由旋转前置四通阀将乙酸乙酯混合气体导入吸附管开始。饱和吸附乙酸乙酯后的活性炭以N2(30 ml/min)在40℃吹至乙酸乙酯流出体积分数不变。


  二、研究活性炭对乙酸乙酯的吸附和再生结果与讨论

  1.活性炭的微孔结构

  图2为-196℃下3种活性炭在N2中的吸附-脱附等温线图。图中可见:活性炭AC在相对压力较高(p/po >0.4)的区域有较大的N2滞留回环,而N2在活性炭Y2上的吸附滞留回环极小,这表明活性炭AC具有较多的介孔。表1给出了由上述活性炭吸附-脱附数据采用BJH法计算所得的总孔体积和微孔体积等。

  2.乙酸乙酯在活性炭上的吸附

  图3和表2分别给出了40℃下不同入口体积分数的乙酸乙脂在上述3种活性炭上的穿透曲线和相应的饱和吸附量。在各入口体积浓度下,乙酸乙酯在活性炭Y2上的穿透曲线均比在活性炭C5和活性炭AC上平缓;表明乙酸乙酯在活性炭Y2孔内的扩散较慢,这是由于活性炭Y2中的介孔结构较少,乙酸乙酯在微孔中的扩散阻力较大,因此其穿透曲线的斜率较小。

  3.活性炭表面含氧基团对乙酸乙酯吸附的影响

  图4为40℃下乙酸乙酯在经不同处理后的3种活性炭上的吸附穿透曲线。

  图中可见3种活性炭经300℃空气处理后,乙酸乙酯的吸附穿透曲线斜率均减小。这是因为活性炭经这种处理后微孔表面含氧基团增加 ,阻碍了乙酸乙酯在微孔中的扩散。3种活性炭经不同表面处理后对乙酸乙酯吸附量的改变以活性炭AC为最大。活性炭AC经500℃高纯N2处理后,其表面有部分发基基团分解,使之在40℃、φ(EA) =0.15%的吸附条件下对乙酸乙酯的平衡吸附量由0.27g/g增至0.29 g/g;增幅仅为7% ,接近系统误差5%。这表明经常规处理的活性炭对乙酸乙酯的吸附热力学基本不受其表面含氧基团的影响,而仅取决于活性炭的微孔结构。

  4.水蒸气存在对吸附的影响

  在不同相对湿度下乙酸乙酯在活性炭AC上的穿透曲线如图5所示。图中可见,当吸附气体中有水蒸气存在时,乙酸乙酯的穿透时间有所缩短。在40℃、φ(EA) =0.15% , RH = 40%时,乙酸乙酯的平衡吸附量为0.25g/g,仍为干燥吸附条件下平衡吸附量(0.28g/g)的90%。这表明在相对湿度< 40%时,水蒸气的存在对乙酸乙酯在活性炭上吸附虽有一定的抑制作用,但其影响并不显著。

  5.乙酸乙酯在饱和吸附活性炭上的脱除

  图6为在φ(EA) =0.15%时,饱和吸附乙酸乙酯后的活性炭在40℃ N2吹扫时的乙酸乙酯相对脱附量的变化图。图中可见,乙酸乙酯在活性炭Y2上的吸附较强,N2吹扫1 h后,其累计解吸量仅为0.050g/g,相对脱附量为18%,而活性炭AC和C5的解吸量则分别为0.081和0.090g/g;相对脱附量为29%和44%。这显然与活性炭Y2有较多的微孔而中孔较少密切相关。

  研究活性炭对乙酸乙酯的吸附和再生结果表明,采用300℃热空气脱附再生后的活性炭对乙酸乙酯的饱和吸附量保持在0.286g/g左右,活性炭对乙酸乙酯的吸附性能未发生变化。由于活性炭的吸附再生是在300℃热空气中(O2体积分数为20% )进行的,比实际使用条件要苛刻得多。因此,该活性炭用于乙酸乙酯吸附时,可反复循环使用,不会改变其吸附性能。