包括挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）在内的各种有毒有害物质对人类本身、人类的生产生活以及人类的生存空间都产生了严重的危害,是不容忽视的职业病危害因素。在这类有毒有害环境中,呼吸防护装备尤为重要。防毒面具可以过滤化工行业或危险品泄漏场所环境中的有毒气体,使人体免于有毒化学品的危害。GB 2890—2009《呼吸防护自吸过滤式防毒面具》中采用苯作为过滤元件防护有机气体或蒸气的测试介质,然而苯是强致癌物质,且对环境危害较大,需要找到其替代物。环己烷与苯的理化性质相似且十分稳定,且在国际上已被作为测试介质使用。因此,环己烷很适合作为苯的替代物进行研究。本文主要研究了苯和环己烷在活性炭上的吸附行为的相似性和差异,并通过过滤元件对结果进行了实验验证,深入探讨了苯和环己烷在活性炭床层上的吸附机理和传质过程。首先,本文研究了苯和环己烷在活性炭上的吸附热力学。用Langmuir吸附等温方程、Langmuir-Freundlich吸附等温方程对苯和环己烷的静态吸附实验数据进行了拟合。在20℃、30℃、40℃时,用Langmuir方程拟合,活性炭AC-1对苯的饱和吸附量分别为446.43mg/g、400.00 mg/g、303.03 mg/g,对环己烷的饱和吸附量分别为 285.71 mg/g、256.41 mg/g、208.33 mg/g;用 Langmuir-Freundlich 方程拟合,在20℃、30℃、40℃时,活性炭AC-1对苯的饱和吸附量分别为481.55mg/g、425.25 mg/g、341.70 mg/g,对环己烷的饱和吸附量分别为 349.82 mg/g、317.53 mg/g、272.25 mg/g。结果表明,苯的吸附速率常数小于环己烷的吸附速率常数,苯和环己烷在活性炭上的吸附为非均一吸附;活性炭对苯的吸附速率小于活性炭对环己烷的吸附速率,活性炭对苯的静态吸附量大于对环己烷的静态吸附量。另一方面,从微观角度对苯分子和环己烷分子在活性炭上的不同的吸附方式的吸附能进行了计算和对比。结果表明,苯分子在倾斜吸附时吸附能最低,其数值为-46.182 kJ/mol;环己烷分子在倾斜吸附时的吸附能最低,其数值为-45.914kJ/mol。苯分子吸附能的绝对值大于环己烷分子吸附能的绝对值,表明在相同条件下,活性炭更易吸附苯分子。其次,本文研究了苯和环己烷在活性炭床层上的吸附动力学。分别考察了不同物理性质的活性炭、不同初始浓度及不同比速等因素对苯和环己烷在活性炭固定床层上穿透曲线的影响规律,并用Yoon-Nelson方程对实验数据进行拟合。结果表明,对于结构和形貌基本类似的活性炭AC-1～AC-4,活性炭的总比表面积与吸附量呈正线性相关性。苯/环己烷在活性炭固定床上的防护时间会随着初始浓度和比速的增加而减小。相同实验条件下,苯的防护时间大于环己烷的防护时间,环己烷的防护时间是苯的防护时间的0.76～0.86倍。最后,对防毒面具过滤元件进行验证实验,验证对苯和环己烷在活性炭上的防护时间规律与过滤元件防护时间规律的一致性程度。结果表明:由于活性炭的性质和吸附条件的不同,在过滤元件上环己烷的防护时间是苯的防护时间的0.79～0.87倍,与活性炭固定床层呈现的规律一致。可见环己烷替代苯作为防护时间测试介质是有实际可能性的。