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气体中挥发性有机物在环境中普遍存在并对人体具有毒害性,已经越来越受到人们的重视。吸附法已经被认为是一种十分有效的治理和回收低浓度VOCs的方法。超高交联吸附树脂具有物理化学性质稳定、表面基团和孔结构可调、容易脱附等特点,近年来已开始被当作活性炭的替代物用于治理和回收气体中挥发性有机物。本文合成出一种新型的疏水性超高交联吸附树脂(tBS-tS-DVB)并探讨其应用于氯代烃类污染物治理的可行性。
本文以三氯乙烯(TCE)、1,2-二氯乙烷(DCA)和三氯甲烷(TCM)为吸附质,通过柱吸附实验,测定303 K、318 K和333 K时,上述吸附质在超高交联吸附树脂LC-1上的吸附平衡等温线。实验结果表明:L型吸附平衡等温线表明气体中TCM、DCA和TCE在LC-1上的吸附过程属于优惠型吸附,吸附量随着压强的增大而增大。在低压区,吸附量上升很快,这可能跟LC-1丰富的微孔有关,说明吸附机理主要是微孔填充作用。随着温度的升高吸附量下降,说明吸附是一个放热过程。在实验温度的范围内,Freundlich、Toth、Dubinin-Astakov模型能够很好地拟合吸附质在LC-1上的吸附平衡数据。根据Polanyi吸附理论,由Dubinin-Astakov方程得到的不同温度下的TCM、DCA或TCE吸附体积量qv与吸附势ε之间的特性关系曲线很好地重叠在一起,因而可根据某一温度下的吸附等温线来预测另一温度下的吸附等温线。此外,本文计算出Henry常数和等量吸附焓等热力学参数,吸附焓随着三种吸附质在LC-1上的吸附量的增加而不断变化,这充分说明LC-1表面是非均匀性的。
本文通过动态固定床实验研究了气体中TCE、DCA和TCM蒸气在超高交联树脂LC-1上的动态吸附过程。从穿透曲线、穿透时间和穿透吸附量等方面,考察了初始浓度、气体流量和温度等因素对三种吸附质在LC-1上的动态吸附行为的影响。穿透曲线的形状表明三种吸附质在LC-1上的吸附传质受颗粒内扩散阻力的影响较大,选择合适的初始浓度、气体流速和吸附温度可提高吸附性能。另外,水蒸气影响实验表明,高湿度对LC-1吸附气体中TCE、DCA和TCM的影响不大。采用高温氮气吹脱法对LC-1树脂能进行有效的脱附,脱附时间短,TCE和DCA的脱附率可达到98%以上。
本文采用半经验Yoon-Nelson模型对LC-1树脂吸附气体中TCE、DCA和TCM的穿透曲线进行拟合,拟合数据与实验数据吻合很好,拟合相关性系数R2≥0.99,可见Yoon-Nelson模型能够对穿透曲线进行预测分析,说明此动态模型可用于本体系吸附过程的工艺设计和放大。