活性炭对甲苯的吸附平衡及热力学研究

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1、周烈兴等：活性炭对甲苯的吸附平衡及热力学研究７５３＊活性炭对甲苯的吸附平衡及热力学研究周烈兴１，２，彭金辉１，２，钱天才３，张利波１，２，张泽彪１，２，王绍华３（１．昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明６５００９３；２．昆明理工大学非常规冶金省部共建教育部重点实验室，云南昆明６５００９３；３．昆明理工大学分析测试研究中心，云南昆明６５００９３）摘要：以负载醋酸锌的废活性炭为原料，采用微波相同吸附条件下活性炭的吸附量，计算了甲苯在微波法得到再生活性炭产品吸附甲苯。测定了２０、３０和再生活性炭上的平均吸附热（ΔＨ）、吸附自由能（ΔＧ）、

2、４０℃时活性炭吸附甲苯的吸附等温线和穿透曲线，并吸附熵（ΔＳ）。用Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程处理实验数据，Ｌａｎｇ－２实验ｍｕｉｒ方程能很好地拟合实验数据，计算了甲苯在活性炭上的最大饱和吸附量（ｑｍ）为２７３．２３ｍｇ／ｇ、平均吸附２．１实验中所用仪器和原料分析热（ΔＨ）为－１．９２ｋＪ／ｍｏｌ，吸附自由能（ΔＧ）为负数，吸ＧＣＲＡＥ１０００（光离子化气相色谱仪，华瑞上海科附熵（ΔＳ）随吸附量增加而降低，表明该吸附过程是一学仪器有限公司）；甲苯（分析纯≥９９．５％，天津化学试个自发的放热过程。在相同入口气体浓度和吸附温度

3、剂三厂）。下，比较了３种活性炭的饱和吸附量，对比结果表明微非常规冶金省部共建教育部重点实验室（昆明理波活性炭具有较大的饱和吸附量。工大学）对负载型活性炭的制备工艺进行了综合的研关键词：活性炭；甲苯；吸附；热力学究，实验中所用活性炭具体参数如表１。中图分类号：ＴＱ０２８；Ｏ６５７文献标识码：Ａ表１活性炭参数文章编号：１００１－９７３１（２０１１）０４－０７５３－０４Ｔａｂｌｅ１ＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎＺｎＯ含量（％）１２１引言比表面积（ｍ２／ｇ）９１３甲苯为易挥发的有毒物质，熔点为－９５℃，沸点为孔容（ｍＬ／

4、ｇ）０．８１１１１℃，分子直径为０．６０～０．６７ｎｍ。人类如果处在受平均孔径（ｎｍ）５．８４［１］甲苯污染的环境中，可产生各种疾病，造成各种癌变微波法制备的活性炭样品采用密度函数测算出孔［２，３］径分布曲线如图１所示，活性炭中主要孔径在０．５～甚至死亡。因此采用低成本、高效率和方便快捷的方法降低甲苯在环境中的存在浓度受到各行业的广泛２ｎｍ，部分孔径在２～５０ｎｍ，活性炭孔径接近或大于甲［１９］重视。苯系物分子的直径１．７～３．０倍，因此能有效吸附［４－１２］甲苯。净化空气中挥发性有害物质的方法较多，活［１３，１４］性炭净化法较为普遍。

5、传统加热生产活性炭的过程能耗大、生产周期长，原料价格偏高。醋酸乙烯合成过程中，急需处理大量的活性炭废催化剂，研究适合的处置方法，对废弃资源循环利用和环境保护具有重要意义。本文以生产醋酸乙烯时产生的负载醋酸锌废活性炭为原料，通过控制微波加热活化时间、温度和气［１５，１６］氛，针对甲苯分子直径和性质，制备出适于吸附甲［１７，１８］图１再生活性炭的孔径分布苯的活性炭吸附剂，以提高饱和吸附量，延长穿透Ｆｉｇ１Ｐｏｒｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇａｃｔｉｖａｔｅｄ时间，降低原料成本和生产能耗，缩短生产周期，实现ｃａ

6、ｒｂｏｎ废弃物再生利用净化有害气体，达到以废治害的目的。２．２活性炭气相吸附试验设备本文以甲苯为吸附对象，研究了不同温度和浓度下微实验中采用了如图２所示的静态吸附设备测定了波再生活性炭吸附甲苯的吸附等温线、穿透曲线，采用活性炭吸附甲苯的吸附等温线，采用静态实验设Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程分析了吸附过程，对比了＊基金项目：科技部国际科技合作计划资助项目（２００８ＤＦＡ９１５００）；科技部国际科技合作云南省科技厅配套资助项目（２００９ＧＡ００９）收到初稿日期：２０１０－０８－１０收到修改稿日期：２０１０－１１－１７通讯作者：

7、彭金辉作者简介：周烈兴（１９７９－），男，云南昆明人，博士，师承彭金辉、钱天才教授，从事研究材料制备及性能分析。７５４２０１１年第４期（４２）卷［２０］备，以鼓泡法测定了甲苯的穿透曲线。出，随进口浓度的增加穿透时间逐渐缩短，随进口浓度增加活性炭的饱和吸附量也增加。甲苯吸附过程中出现这样的现象是因为吸附在活性炭上的甲苯分子、甲苯分子层间和分子层内的相互作用，导致部分活性点［２２］浓度增加，低浓度时穿透时间较长，随着浓度的增加，分子间粘附和团聚，导致部分活性点继续吸附，高［２３，２４］浓度时吸附量增加。图２静态吸附设备示意图Ｆｉｇ２Ｓｃｈｅ

8、ｍａｔｉｃｓｏｆｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ在吸附室中装入预先干燥脱气的活性炭，用循环水真空泵将静态设备抽真空，使真空度达到０．０７７ＭＰａ以下，从三通中放入一定量分析纯的甲苯溶液，在实验温度