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活性炭对丙-2-醇的吸附特性

发布时间: 2021-11-29  点击次数: 564次

  活性炭广泛用于气体分离和空气净化的吸附系统中,回收有价值的化合物。活性炭也用作化学工艺中的催化剂载体。吸附系统能够回收从小排放源排出的挥发性有机化合物(VOC),包括丙-2-醇(IPA)。VOC回收通常在带有变温吸附(TSA)系统的吸附剂固定床的柱中进行。活性炭吸附能力在该过程中逐渐降低,下降其净化效率。一旦在纯化气体中达到边界VOC浓度,就可以将废吸附剂原位热再生。然而,TSA是一个持久而耗能的过程,解吸产生需要进一步处理的非常稀的气体混合物。可以改变再生活性炭的多孔结构,导致在连续吸附循环中其吸附能力降低电热再生提供了真正的替代热法。

活性炭对丙-2-醇的吸附特性

  在将电磁能量直接转换成整个床体积同时发生的热能之后,废吸附剂被加热。该方法受益于更短的加热时间,更好的控制过程,高安全性,过程自动化和减少设备尺寸。电热方法可用于再生各种类型的活性碳,包括颗粒状活性炭,活性炭纤维布(ACFC)或活性炭整料。再生通常使用直接电阻加热方法进行或微波方法。前者使用直流电流的焦耳效应。将再生的吸附剂床放置在一对电极之间,同时施加电压。电流流经伪石墨畴的芳族部分,并且电子是电压载体。该方法需要活性炭具有足够的导电性。微波加热是吸收剂在电磁场中吸收微波能量的作用。吸附剂-吸附物质系统的介电特性对该方法的有效性起着决定性作用。该方法也被用来修改活性炭的表面化学。

  电阻加热对活性炭吸附性能的影响,特别是其造粒型。然而,必须了解该过程的性质,以便能够正确设计ETSA恢复系统,这些系统应该能够为经典TSA系统提供更好的VOC恢复效率。本研究的目的是评估直接电阻加热对循环ETSA工艺中用于丙-2-醇蒸汽吸附活性炭的吸附特性的影响。电热解吸实验在以下操作参数的不变性范围内进行:电压25-30V,氮气流量0.1-0.2 ℃和温度设定点再生期间的氮气流在吸附过程中与空气流动方向相反。来自吸附器的浓缩气体解吸蒸汽混合器被引导到冷凝器,其中IPA蒸汽与惰性气体分离。不同ETSA​​周期的解吸持续时间在1.5和3 h之间变化。冷却至室温后,再次使用活性炭进行丙-2-醇蒸气吸附。在ETSA工艺的60个吸附循环后采集活性炭样品。

活性炭对丙-2-醇的吸附

  图2给出了恒定气体速度下的各种进料浓度(流速)。在循环C1中,对原始活性炭进行吸附。在其他循环中使用用直接电阻法再生的活性炭。在测量ETSA循环吸附之前,先将吸附剂在氮气下加热至423K,然后冷却至环境温度。最后,确定纯吸附床的电阻加热特性。如图2所示 0.16±0.01 女士1.4±0.5 米3/H,吸附物的入口浓度越高,突破越快,突破曲线越倾斜。图3描述了入口浓度为,气体速度为0.19-0.24 m / s的吸附循环的穿透时间差异。12.3 ± 0.5g / m312.3±0.5 克/米3在循环ETSA过程中,床的吸附阶段的有用使用寿命取决于入口浓度,气体流速和碳再生程度。在给定的ETSA循环中吸附剂再生效率过低会降低连续循环中的吸附持续时间。2和 3确定了BTC测试中相同的气体流量和入口浓度值。碳再生效率取决于电热脱附阶段的工作条件(温度,电压,氮气流量)。随着电压增加,温度和工艺的持续时间的值效率增加。当再生的活性炭完全饱和时,IPA解吸期间的床温是最均匀的。电热过程的温度和加热功率曲线在别处讨论。

  活性炭-吸附剂系统的吸附性能决定了其在循环ETSA工艺中的性能。该方法涉及使用传导电流的活性炭。吸附剂的电气特性必须能够使用直接电阻加热进行有效再生。这些要求通过一些类型的颗粒活性炭,活性炭整料和活性炭纤维来满足。本文介绍了直接电阻加热对用于吸附丙-2-醇蒸气的活性炭在ETSA工艺中的吸附性能的影响。ETSA系统的BTC测试表明,丙-2-醇蒸气的吸附效率取决于吸附剂输入浓度,净化气体流量和吸附剂再生程度。电热解吸的不正确选择的操作参数和过程的持续时间过长导致在连续的ETSA循环中在吸附阶段固定床的使用寿命缩短。

  基于吸附平衡测量,通过重量法和XPS方法评估了活性炭的内部结构和其表面化学成分的电热诱发变化的性质。使用三个原始,电阻加热和电热再生的活性炭样品。吸附等温线模型表明,活性炭是一种非均相吸附剂,Tòth方程与实验数据有很好的一致性。

  用改性的方程确定的活性炭的结构特征表明,纯和电阻加热的活性炭具有由两个微孔级分形成的双峰结构,其中能量分数是主要的,而再生的活性炭仅含有一部分微孔。XPS分析显示,在所有活性炭样品的表面上发现了相同的羟基,羰基和羧基,尽管体积比不同。作为直接电阻加热的结果,与活性炭相比,纯碳的吸附能力下降了约18%。由于电热加热引起的结构变化和表面化学改变,再生的活性炭的平衡吸附能力比纯碳高出约20%。

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