腰果壳油基超交联聚合物的制备及其对VOCs的吸附性能研究

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挥发性有机化合物(VOCs)是工业生产及人类活动排放的大气污染物之一,多数VOCs对人体健康和环境造成严重危害,因此寻找简单高效的VOCs处理技术成为研究热点。吸附法因经济性高、设备简单易操作、能耗少等优点被认为是目前最有效的VOCs处理方法,而吸附法的关键是吸附剂的选择。活性炭、沸石和介孔材料等因具有高比表面积和丰富的孔隙率而被广泛用于去除VOCs。然而,这些材料的亲水性和低脱附率限制了其工业应用。超交联聚合物(HCPs)作为一种新型吸附材料,因其具有化学稳定性高、易再生、吸附能力强等特点而备受关注。相比于活性炭,HCPs可在潮湿的环境中吸附VOCs。本文以农业副产物腰果壳油(CNSL)为原料,分别通过外交联剂编织法和溶剂编织法制备了高效且廉价的系列超交联聚合物(HCPs)吸附剂F-HCPx和C-HCPx,采用红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、N2吸脱附法、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等方法对聚合物进行表征。结果表明,以溶剂编织法制备的C-HCP4具有更高的比表面积和更好的热稳定性,C-HCP4表现出花瓣般片状堆积形貌,F-HCP3表现出球状堆积形貌。以静态吸附法考察了制备出的HCPs对六种挥发性有机化合物(VOCs)的吸附性能,实验表明HCPs对六种VOCs吸附量的排序相同,均为:邻二甲苯>甲苯>环己烷>正己烷>丁酮>丙酮,其中C-HCP4和F-HCP3对邻二甲苯的吸附量最高分别为562 mg·g-1和930 mg·g-1。本文以静态吸附实验中吸附性能较好的C-HCP4和F-HCP3为吸附剂,研究其对典型VOC邻二甲苯的动态吸附性能,探讨了进气浓度、湿度、温度等条件对吸附能力的影响,考察了聚合物的循环吸附性能,使用Y-N、Logistic、Thomas模型对吸附穿透曲线进行了拟合,利用准一级、二级动力学模型对吸附结果进行分析。结果表明,随着邻二甲苯进气浓度从434 mg·m-3增加到6 513 mg·m-3,C-HCP4吸附量从88mg·g-1增加到217 mg·g-1,F-HCP3吸附量从91 mg·g-1增加到223 mg·g-1;聚合物在湿度30%的气流中吸附时表现出较好的吸附性能,C-HCP4和F-HCP3在湿度为30%的条件下吸附量为干燥条件下吸附量的95%和90%;温度对吸附量的影响较大,适当的降低温度有助于提高聚合物的吸附量;循环再生吸附实验发现C-HCP4和F-HCP3具有较好的循环使用性能,尤其是C-HCP4五次循环吸附后的吸附量为首次吸附量的93%;使用Y-N和Logistic模型能较好的拟合邻二甲苯在聚合物上的穿透曲线,准一级、二级动力学模型对C-HCP4和F-HCP3吸附邻二甲苯过程拟合度较好。
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