维普资讯 http://www.cqvip.com 第１７卷２００２年 第２期 ６月 新型炭材料 Ｖｏ１．１７ Ｎｏ．２ ＮＥＷ ＣＡＲＢ０Ｎ ＭＡ ＩＥＲＩＡＬＳ Ｊｕｎ．２００２ 文章编号：１００７—８８２７（２００２）０２－００４１—０４ 改性活性炭对苯废气吸附性能的研究 张丽丹 ， 赵晓鹏 ， 马 群 ， 王 琪 ， 郭坤敏 （１．北京化工大学理学院，北京１０（０２９；２．防化研究院一所，北京１０００８３） 摘要： 对低浓度含苯废气的有效去除方法之一是活性炭吸附法。针对治理工业含苯废气，研制了高吸附量、低 成本的活性炭。亦即，通过对普通煤质活性炭进行酸碱改性处理，除去酸碱可溶性物质，使活性炭的灰分大大降 低，从而提高了活性炭的比表面积，同时，提高了活性炭的吸附活性。进而，通过研究不同的改性方法对活性炭的 苯饱和吸附量、比表面积、孔径及灰分的影响，确定了最佳改性方法。研究结果表明：采用酸、碱交替改性方法处理 普通活性炭，是提高活性炭的苯吸附量、增大比表面积的简单有效方法。 关键词：苯系物；吸附；活性炭 中图分类号：ＴＱ４２４．１ １ 文献标识码：Ａ ｌ前言 用活性炭吸附方法处理工业有机废气是控制大 气污染广泛采用的技术ｌ】一。该技术被广泛应用的 关键是能够获得价廉且吸附性能好的吸附剂。而活 性炭是固体吸附法吸附苯系物这类非极性有机物适 合的吸附剂 。值得研究的问题是寻求一种简单易 行的科学方法提高活性炭的吸附效率，以使工业净 ２．２常压流动吸附法测苯的吸附量 采用常压流动吸附装置对原料活性炭、酸改性 样品、碱改性样品及酸碱改性样品进行苯饱和吸附 量的测定。常压吸附实验装置如图ｌ所示。 由空气泵出来的空气经净化器脱水处理后分成 两路，其中一路进入苯汽化器，通过两路的阀门调节 气体流量，进入混合器混合，得到一定浓度的苯蒸 汽。将一定浓度的苯蒸汽进入吸附床层吸附，尾气 由日立气相色谱仪分析（ＦＩＤ检测）。 ２．３ ＢＥＴ重量法测活性炭的比表面积、孔径分布 化过程能更经济，操作简单，有利于推广使用。本研 究根据活性炭对苯系物的吸附特性及活性炭的本 质，通过对活性炭进行酸碱改性处理，溶去活性炭中 的酸碱可溶物质，同时不破坏活性炭的骨架结构，而 达到大大提高活性炭比表面积及对苯系物的吸附 量。实验中以苯为目标物质进行模拟研究。 采用ＢＥＴ重量法对原料活性炭及改性样品进 行比表面积、孑Ｌ径分布测定。吸附剂为甲醇。 ２．４改性活性炭的灰分实验 准确称取重量 的样品，装入恒重 的干净 ２实验部分 ２．１改性活性炭的制备 坩埚中，放在马福炉中加热至８００ ｏＣ，恒温一定时间 后冷却至２００ ，取出放至干燥器中冷却至室温，用 分析天平准确称取重量 ，，再放人马福炉中加热至 ８００ ｏＣ，恒温一定时间后冷却至２００ ｏＣ，取出放至干 燥器中冷却至室温，用分析天平准确称取重量 ， 原料炭选择价廉的煤质活性炭进行改性处理。 将原料活性炭用一定浓度的ＨＣ１水溶液常温下浸渍 定时间后洗至中性，１５０℃条件下恒温干燥数小时 直至后两次重量相等。则灰分含量为： ／…，、 制成酸改性样品。将原料活性炭用一定浓度的 ＮａＯＨ水溶液常温下浸渍一定时间后洗至中性， 灰分的含量（％）： Ｗ １ ×１００％ １５０ 条件下恒温干燥数小时制成碱改性样品。将 原料活性炭用制备酸改性样品的方法处理后再用制 备碱改性样品的方法处理制成酸碱改性样品。 收稿日期：２００１—０８ １３；修回日期：２ＯＯ２—０１—１６ 基金项目：化工部科技司资助项目 式中， ：恒重后的坩埚重量（ｇ）， 、：样品的重量 （ｇ），１／／ ：烧恒重后坩埚和灰分的重量（ｇ） 作者简介：张丽丹（１９５７一），女，吉林长春人，副教授，北京化工大学理学院化学系主任，主要研究物理化学与吸附剂催化剂的研制及开发。 Ｅ－ｍａｉｌ：Ｚｈａｎｇ＿ｌｄ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 维普资讯 http://www.cqvip.com ４２· 新型炭材料 第１７卷 １．空气泵２．净化器３．阀门４．流 计５．汽化器６．混合器７．三通阀８．吸附床９．六通阀ｌ０．色谱仪 图ｌ常压流动吸附装置 １．Ａｉｒ ｐｕｍｐ ２．Ｐｕｒｉｉｅｒｆ ３．Ｖａｌｖｅ ４．Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ５．Ｖａｐｏｒｉｚｅｒ ６．Ｍｉｘｅｒ ７．Ｔｈｒｅｅ ｗａｙ ｖａｌｖｅ ８．Ａｄｓｏｒｂｅｎｔ ｂｅｄ ９．Ｓｉｘ ｗａｙ ｖａｌｖｅ １０．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ Ｆｉｇ．１ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｅｔ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ３结果与讨论 ３．１不同改性方法对改性活性炭吸附性能的影响 附量结果见表３。 表ｌ不同浓度ＨＣ１和ＮａＯＨ处理后改性 煤质活性炭中含有一定量的氧化物成分，例如 ＳｉＯ２，Ａ１２Ｏ３，Ｆ ０３，ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｋ２０，Ｎａ２０，及Ｐ２Ｏ５ 活性炭的苯饱和吸附量 Ｔａｂｌｅ ｌ Ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｂｅｎｚｅｎｅ ａｄｓｏｒｂａｂｉｌｉｔｙ Ｏｉｌ ｍｏｄｉｉｅｆｄ ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎ ｕｓｉｎｇ ｆｏｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ＨＣ１ ａｎｄ ＮａＯＨ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 等，含有氢氧化物和金属盐。这些物质组成活性炭 的灰分，直接影响活性炭的质量 。采用酸、碱特殊 处理，可溶去这些物质，提高活性炭的质量。采用非 ｆｉｅｒ Ｂ。ｎｚｅｌｌ。ｓａｔｕｒａｔｅｄ ａｄｓｏｒｂａｂｉｌｉｔｙ ＩＶ／ｍｇ‘（１００ｍｇ） 氧化性酸ＨＣ１配制一定浓度的酸改性液和较便宜的 ＮａＯＨ配制一定浓度的碱改性液作为处理剂。用 ＨＣ１处理后，酸溶性氧化物变成可溶性的盐，可用水 洗去。反应如下： ２Ｎｏｔｅｓ：Ｅｎｔｒａｎｃｅ ｂｅｎｚｅｎｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ：７２００ｍｇ／ｍ３Ａｄｓｏｒ．ｔｅｍｐ．２５℃ ］ｎｌｎｌｅｒｓｅ ｔｉｍｅ：３ｈ 表２不同浸渍时间制备的改性活性炭的苯饱和吸附量 Ｔａｂｌｅ ２ Ｓａｔｕｒａｔｄ ｂｅｅｎｚｅｎｅ ａｄｓｏｒｂａｂｉｉｔｆｙ ＯＩ１ ｍｏｄｉｉｅｆｄ ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎ ｕｓｉｎｇ ｆｏｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｉｍｍｅｒｓｅｓ ｔｉｍｅ ｈｎＩｎｅｒｓｅ ｔｊｍｅ—Ｂｅｎｚｅｎｅ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ａｄｓｏｒｂａｂｉｌｉｔｙ Ｗ／ｍｇ＂（１００ｍｇ）－ （）３＋６ＨＣＩ￣２ＡＩＣ１３＋３Ｈ２Ｏ ＭｇＯ＋２ＨＣＩ￣ＭｇＣ１２＋Ｈ２０ Ｎａ２０＋２ＨＣＩ￣２ＮａＣ１＋Ｈ２０ Ｋ２０＋２ＨＣ卜 ２ＫＣｌ＋Ｈ２０ Ｆ ０３＋６ＨＣＩ￣２ＦｅＣ１３＋３Ｈ２Ｏ ｆ，ｎ ％ ％ ＣａＯ＋２ＨＣＩ￣ＣａＣ１２＋Ｈ２０ 用碱处理后，可溶去碱溶性氧化物，可水洗除去，反 应如下： ｓｉ０２＋ＯＨ一一ｓｉ 一＋Ｈ２０ Ａ１２ ＋ＯＨ一一Ａ１ ＋ ０ Ｎｏｔｅｓ：Ｅｎｔｒａｎｃｅｂｅｎｚｅｎｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ：７２００ｍｇ／ｍ３Ａｄｓｏｒ．ｔｅｍｐ．２５℃ 表３酸碱交替浸渍制备的改性活性炭的苯饱和吸附量 Ｔａｂｌｅ ３ Ｓａｔｕｒａｔｄ ｂｅｅｎｚｅｎｅ ａｄｓｏｒｂａｂｉｌｉｔｙ Ｏｉｌ ｍｏｄｉｉｅｆｄ ａｃｔｉｖｅ ＰｂＯ２＋ＯＨ一一Ｐｂ 一＋Ｈ２０ ｃａｒｂｏｎ ｕｓｉｎｇ ｆｏｒ ａｃｉｄ ａｎｄ ａｌｋａｌｉ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｂｅｎｚｅｎｅ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ａｄｓｏｒｂａｂｉｌｉｔｙ Ｐ２（）５＋ＯＨ一一｝｛Ｉ ０ｊ一＋Ｈ２０ 采用常压流动吸附装置对不同处理方法所获样 品的苯饱和吸附量进行测定，结果如表１所示。 从表１可以看出，在相同浸渍时间３ ｈ条件下， 采用１０％浓度的改性剂可得较好的结果。 由表２可以看出浸渍时间为９ ｈ，改性效果相对 较好。选取浸渍时间９ ｈ酸、碱交替浸渍苯饱和吸 ｌ０％ＨＣｌ、ｌ０％ＮａＯＨ ９ｈ ａｈｅｍａｔｉｎ￡ｆｎｏｄｉｆｉｅｄ ｍｇ： ！ ２６·９７ ２：！ Ｎｏｔｅｓ：Ｅｎｔｒａｎｃｅ ｂｅｎｚｅｎｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ：７２００ｍｇ／ｍ３Ａｄｓｏｒ．ｔｅｍｐ．２５℃ 实验结果表明：原料活性炭经过酸碱交替处理． 将酸碱可溶性物质溶掉，使改性后的活性炭的苯吸 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 张丹丽等：改性活性炭对苯废气吸附性能的研究 ‘４３。 附饱和吸附量得到增加。 ４。从中可以看出，不同改性方法处理得到的样品， ３．２不同改性方法处理的改性活性炭的比表面积、 比表面积的大小同苯饱和吸附量成正比，同时可以 孔径和灰分 看出比表面积大且苯饱和吸附量大的样品灰分小， 采用ＢＥＴ重量法，甲醇为吸附介质，实验得到 即活性炭的质量好。同时由计算结果可以看出由于 的等温吸附曲线符合ｌ＿ｚｎｇｍｕｉｒ吸附等温线。由实 酸碱交替改性使酸碱可溶性的物质除去，使得灰分 验结果计算得到不同改性活性炭的比表面积，根据 减少，因此，比表面积增加的同时改性活性炭的孔结 脱附等温线按圆柱型孔等效模型计算出孔径分布曲 构保持不变。 线，进而得出微孔百分比及灰分含量，实验结果见表 表４不同改性活性炭的比表面积、孑Ｌ径和灰分结果 Ｔａｂｌｅ ４ Ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ，ｐｏｒｅ ｒａｄｉｕｓ ａｎｄ ａｓｈ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎ ４结论 参考文献： （１）廉价的煤质活性炭通过酸碱交替改性后用 ［１］颜廷昭挥发性有机物回收技术进展［Ｊ］．廿肃化 ，１９９８， （３）：ｌ＿４． 于处理工业苯废气可以取得较好的吸附效果。比表 （ＹＡＮ Ｔｉｎｇ－ｚｈａｏ．Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｔ￣ｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ 面积从７３７．８０ ｍ２／ｇ提高到１ ３９５．４８ ｍ ／ｇ增加了 ［Ｊ］．Ｇａｎｓｔｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，１９９８，（３）：１４．） ６５７．６８ｍ２／ｇ。苯饱和吸附量从１６．６０ ｍｇ／１００ ｍｇ提 ［２］ 闫勇．有机废气中挥发性有机物（ＶＯＣ）净化回收技术——炭 高￣１１２６．９７ｍｇ／１００ｍｇ，增加了１０．３７ ｍｇ／１００ｍｇ。灰 吸附和膜分离［Ｊ］．化工进展，１９９６，（５）：２６．２８． 分从９．３２ Ｗ／％降到０．４ ％。可以认为该方法是 （ＹＡＮ Ｙｏｎｇ．Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ ｏｆ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏ－ 提高廉价煤质活性炭吸附性能有效可行的方法。 ｎｅｎｔｓ ｉｎ ｏｆｆ－ｇａｓ—ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｙ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｆｏａｍ［Ｊ］．Ｃｈｅｍ Ｅｎｇ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ，１９９６，（５）：２６—２８．） （２）从ＢＥＴ实验结果可以看出改性活性炭的吸 ［３］兰淑登．活性炭在环境保护中的应用［Ｊ］．环境保护，１９７８， 附性能得到提高，但孔结构没有被破坏。 （１）：４１４２． （３）从实验结果可认为对价廉的煤质活性炭进 （ＬＡＮ Ｓｈｕ－ｄｅｎｇ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ｅｎｖｉｍｍｎｅｎｔａｌ 行适当的改性处理，使活性炭的质量得到提高，用于 ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｃｅｔｉｏｎ，１９７８，（１）：４１４２．） 处理工业苯废气是较经济的选择。 ［４］高尚愚．活性炭基础与应用［Ｍ］．北京：中国林业出版社， ｌ９８４．７３． （ＧＡＯ Ｓｈａｎｇ－ｙｕ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｃｔｉｖｅ Ｃａｒｂｏｎ ｌＭ］．ｎｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ，１９８４．７３．）
