活性炭对CO和CO2吸附行为的研究

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1、变压吸附技术交流会2006年5月．成都活性炭对CO和C02吸附行为的研究郭波1’2，常丽萍1，李春虎1，谢克昌1(1太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室；2太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024)接要：本文采用重量吸附法，研究了3种活性炭样品在303K、313K、323K下分别对单组分气体cO和C02气体的等温吸附行为。等温吸附模型优选的结果表明：Freundlich方程是描述活性炭吸附co气体的最佳模型方程；而Langmuir方程、D-R方程可以较好地模拟活性炭样品A在303K、313K和323K下对Co。的等温吸附，Freundlich方程则

2、能较好地模拟样品C和D在313K下的等温吸附。当吸附量由2ml／g增加到5ml／g时，C0在活性炭A上的等量吸附热由9．8kJ／mol降低为8．4kJ／mol；当吸附量由3ml／g增加到7ml／g时，C02在活性炭A上的等量吸附热则由10．8kJ／mol·降低为6．3kJ／mol。相同吸附压力下，coz的吸附量高于c0。活性炭上浸渍的活性组分对吸附量有较大影响，改性活性炭C和D上c02的吸附量明显高于未改性活性炭A；而活性炭的比表面积和微孔容积与吸附量的变化没有直接相关。性。吸附过程热力学数据的分析表明：被吸附的C0、C0z分子的流动性随吸附量的增加而增大。’以煤、石油和

3、天然气为原料的合成氨、合成甲醇以及粘胶纤维行业废气和以城市煤气为燃气的电子、玻璃等工业中，有机硫的存在常使催化剂中毒，电子显像管铅玻璃劣化，玻璃瓶变脆等。利用常温改性活性炭吸收高分子量的有机硫如CS。，是一条较适宜和经济的途径[1]。在工业使用中，硫容易受工业气氛的影响，其工业应用数据与实验室数据有很大差别，工业使用硫容普遍较低。工业气氛主要是CO、H20、02和CO。的影响，在文献[2][3]中，已报道了水蒸气对活性炭吸附CS。的影响。本文则分别对活性炭吸附C0和C0。进行了研究，为活性炭脱硫剂的进一步研制和应用提供依据。1实验部分1．1实验样品活性炭样品取自新华化工厂

4、提供的zI一30型柱状活性炭。样品A空白活性炭，样品C经有机胺溶液浸渍、干燥后得到的改性活性炭，样品D经KOH溶液和有机胺混合溶液浸渍、干燥后得到的改性活性炭。三种活性炭的比表面积、孔容、孔径等物性参数见文献【4】。2006年5月．成都变压吸附技术交流会611．2实验方法实验采用一套玻璃真空吸附系统，装置流程图见文献【5】。分别测定了样品A在303K，313K，323K；样品C在313K及样品D在313K下对CO和C02进行单组分吸附的等温吸附线。实验时，将粒度为40．60目，重量约为200mg的样品放至石英蓝中，连接吸附柱，抽真空。吸附前系统真空度达到lo-3．10’4

5、pa，保证吸附处于本征动力学范围。吸附过程中，样品的重量随吸附气体压力的增大而增大，每一压力值的平衡时间为1h。一般在0．30000Pa的压力范围内选取4．6个压力水平值。2数据处理2．1c0气体等温吸附方程的优选实验得到的纯CO气体等温吸附线如图1所示。圈1(a)∞涨、313K和3粼下样品^对CO的等江吸附线；(b)313K下样品^、C和D对CO的糍锄撇本文选取Langmuir方程、Freundlich方程、Temkin方程作为备选模型。Langmuir等温线，它在物理吸附和化学吸附中是最简单也是最有用的方程式[6]，经线性化后的形式：吉=寺怯)P㈩一=——+I——IP

6、(1)yj5i吒【KJ一以P／V对P作图。其中P是平衡压力值；V是吸附体积；B是Langmuir吸附常数；vm是饱和吸附量。变压吸附技术交流会2006年5月．成都Freundlich等温线适用于化学吸附和物理吸附，其线性化后：·ny=tn尼+(丢)·nPc2，以inV对inP作图。其中k，n为常数。Temkin方程是化学吸附的重要方程式[7]，其线性化后的形式为：’y=手·蚶争P㈤

7、、{以V对inP作图。其中Ao、f为常数。采用模型方程对测得的吸附等温线进行线性回归，相关系数的检验[8]，模型回归后的相关系数见表1。衰1活性炭吸附∞备模型方程回归后的相关系数303K0．9

8、9150．99070．9916A313K0．98980．99640．9893323K0．93050．99070．9760选择显著水平Q=0．001，对应的相关系数临界值r。=0．97406(n=6)，对比表l可看出：由Freundlich吸附方程、Temkin吸附方程回归直线所得的相关系数均满足：lrl>r。，故可认为两种模型方程总体上符合数理统计的检验。而Langmuir方程只在303K和313K下，样品A吸附C0时，符合检验要求。而误差的结果显示：采用Freundlich方程和Temkin方程模拟吸附等温线误差分别在±5％