活性炭吸附脱除低浓度乙烷的研究

【摘要】：回收二氧化碳有利于减缓温室效应,实现资源的优化利用。工业气源中含有的微量乙烷难以脱除,利用吸附法选择合适的吸附剂脱除乙烷具有关键作用。首先对多种类型吸附剂进行筛选,选择椰壳活性炭作为脱除低浓度乙烷的最优吸附剂。活性炭比表面积大、微孔结构丰富、表面化学基团多样化,是一种性能优良的吸附剂。考察了实验条件对乙烷吸附性能的影响。结果表明,活性炭吸附乙烷的穿透吸附量随原料气流速增大而降低,随活性炭粒度增大而降低,但原料气流速过低或粒度过小不利于工业应用,因此确定原料气流速为80 mL/min,活性炭粒度为20-40目。分别选用ZnCl2和H3P04为活化剂,对商业椰壳活性炭进行二次活化,考察活化条件和浸渍条件对乙烷吸附量及样品的影响。以ZnCl2为活化剂,首先利用正交实验初步研究,再通过单因素实验考察了各个因素对样品吸附乙烷性能的影响规律。结果表明,最佳实验条件为：浸渍比为0.5,活化温度为650℃,浸渍时间为24 h,浸渍温度为50℃,活化时间为4 h。穿透吸附量较未处理椰壳活性炭提高了88%,可达201.6 ug g-1。此外,考察了混合方式对吸附乙烷性能的影响,结果表明化学浸渍法使活化物质均匀分散于活性炭中,对其进行均匀活化,穿透吸附量较高。对样品的再生进行初步研究,得出结论样品可重复使用四次。采用N2物理吸附,红外光谱,XRD,扫描电镜对样品进行表征。分析得出,ZnCl2二次活化提高了活性炭的比表面积,有效调节了活性炭的孔径结构,使孔径分布更加均匀,其微晶尺度略微减小。以H3P04为活化剂,首先利用正交实验初步研究,再通过单因素实验考察各因素的影响规律。结果表明,最佳实验条件为：活化温度为300℃,浸渍比为0.8,活化时间为2 h,浸渍时间为3 h。穿透吸附量提高了129%,最高达246.4 ug g-1。H3PO4较ZnCl2活化温度低,收率高,操作简单,就乙烷吸附性能而言更适合作为二次活化剂。 【关键词】：活性炭 二次活化 乙烷 吸附
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O647.3;TQ424.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-25
• 1.1 研究背景10
• 1.2 乙烷10-11
• 1.2.1 乙烷结构及性质10-11
• 1.2.2 烷的应用11
• 1.3 适用于含乙烷气体的分离方法11-14
• 1.3.1 催化燃烧法12-13
• 1.3.2 吸附法13-14
• 1.4 吸附理论14-16
• 1.4.1 影响吸附的因素14
• 1.4.2 吸附分离原理14-15
• 1.4.3 吸附平衡15-16
• 1.5 活性炭16-23
• 1.5.1 活性炭孔结构16
• 1.5.2 活性炭的制备16-20
• 1.5.3 活性炭的表面性能20-21
• 1.5.4 活性炭的微晶结构21
• 1.5.5 活性炭的性能检测21-22
• 1.5.6 活性炭的二次活化22
• 1.5.7 活性炭的再生22-23
• 1.6 论文研究方法和目标23-25
• 2 实验部分25-31
• 2.1 实验原料和仪器25-26
• 2.1.1 实验原料25
• 2.1.2 实验仪器25-26
• 2.2 椰壳活性炭的二次活化26-27
• 2.2.1 ZnCl_2为活化物质的二次活化26-27
• 2.2.2 H_3PO_4为活化物质二次活化27
• 2.2.3 活性炭样品的再生27
• 2.3 实验装置与实验流程图27-28
• 2.3.1 二次活化装置27
• 2.3.2 动态吸附实验装置27-28
• 2.3.3 乙烷检测28
• 2.4 样品的表征28-29
• 2.4.1 N_2物理吸附28-29
• 2.4.2 傅里叶红外分析29
• 2.4.3 扫描电镜29
• 2.4.4 XRD29
• 2.5 样品性能评价29-31
• 2.5.1 收率29
• 2.5.2 样品对乙烷的吸附量29-31
• 3 不同吸附剂吸附乙烷性能的初步研究31-35
• 3.1 吸附剂的初步筛选31-32
• 3.2 实验条件对C_2H_6吸附性能的影响32-34
• 3.2.1 原料气流速对活性炭吸附C_2H_6性能的影响32-33
• 3.2.2 粒度大小对活性炭吸附C_2H_6性能的影响33-34
• 3.3 本章小结34-35
• 4 ZnCl_2二次活化椰壳活性炭及其对乙烷吸附性能的测定35-53
• 4.1 正交实验设计及分析35-38
• 4.1.1 正交实验设计35
• 4.1.2 正交实验结果与分析35-37
• 4.1.3 空白对照实验37-38
• 4.2 ZnCl_2二次活化椰壳活性炭的单因素实验38-50
• 4.2.1 单因素实验38
• 4.2.2 浸渍比对乙烷吸附性能及活性炭样品的影响38-44
• 4.2.3 活化温度对乙烷吸附性能及活性炭样品的影响44-46
• 4.2.4 浸渍时间对样品吸附乙烷性能的影响46-47
• 4.2.5 浸渍温度对样品吸附乙烷性能的影响47-49
• 4.2.6 活化时间对乙烷吸附性能及活性炭样品的影响49-50
• 4.3 混合方式对吸附乙烷性能的影响50-51
• 4.4 ZnCl_2二次活化椰壳活性炭的初步再生探究51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 H_3PO_4二次活化椰壳活性炭吸附低浓度乙烷的研究53-64
• 5.1 正交实验设计53
• 5.2 正交实验结果与分析53-54
• 5.3 H_3PO_4二次活化椰壳活性炭单因素实验54-61
• 5.3.1 活化温度对乙烷吸附性能的影响54-56
• 5.3.2 浸渍比对乙烷吸附性能的影响56-59
• 5.3.3 活化时间对乙烷吸附性能的影响59-60
• 5.3.4 浸渍时间对样品吸附乙烷性能的影响60-61
• 5.4 不同活化物质二次活化椰壳活性炭吸附乙烷性能对比61-62
• 5.5 本章小结62-64
• 结论64-65
• 参考文献65-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

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