粘胶基活性炭纤维的制备及应用

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活性炭纤维(activated carbon fibers,简称ACFs)是20世纪60年代发展起来的高效炭质吸附剂。其比表面积大、微孔丰富、孔径分布窄、吸脱附速度快、再生能力强,具有更大的吸附容量和更好的吸附动力学性能,克服了传统活性炭应用过程中的飞温和易磨损的缺陷,得到了广泛的发展和应用。虽然粘胶基活性炭纤维制备原料来源广、可再生,工艺成熟,但低收率、低性能“双低”问题限制了粘胶基活性炭纤维应用。本论文以粘胶纤维为前躯体,针对“双低”问题考察了浸渍液配方、炭化和活化条件、升温速率、粘胶纤维清洁度及吸附水等因素对制备粘胶基活性炭纤维收率和吸附性能的影响;同时,采用动态吸附法以含丙烯酸甲苯废气为吸附质,系统考察了活性炭纤维的孔隙结构、载气流量、丙烯酸浓度和循环利用次数对粘胶基活性炭纤维吸附处理含丙烯酸甲苯废气性能的影响,结果表明:(1)浸渍剂和升温速率影响粘胶纤维的热解历程,复合浸渍液配方可以充分发挥不同浸渍剂的优势;最佳浸渍液配方为A:B:C:D=40:7:7:1;优化升温速率制备的活性炭纤维具有更好的吸附性能;制备高收率、高性能活性炭纤维的最佳炭化和活化条件如下,炭化温度400℃、炭化时间30 min、活化温度为900℃、炭化时间为20 min、水碳比为3:1、活化时载气流量为35 mL/min;烘干处理1 h是浸渍处理前粘胶纤维的最佳处理方式:碘值测定时活性炭纤维合适用量和苯吸附的合适时间分别为0.3 g(准确至0.1 mg)和24 h;优化工艺配方制备的活性炭纤维,其表面官能团无变化、拥有更加发达的微孔孔隙和更好的吸附性能、比表面积高达2110 m2.g-1、纤维直径变细且纤维截面由实心向空心结构转化。(2)以活性炭纤维为吸附剂,其对甲苯表现出优异吸附性能;活性炭纤维处理丙烯酸气体是可行的,具有较大的吸附量和优异的再生效果;活性炭纤维对含丙烯酸甲苯废气的吸附能力取决于1-2 nm孔的发达程度;丙烯酸的存在不利于活性炭纤维吸附甲苯气体,随着丙烯酸浓度的增加此副作用越明显;随着载气流量的增加,活性炭纤维对含丙烯酸甲苯废气吸附量先增大再减小,当载气流量为1.6 L/min时,穿透和饱和吸附量分别达到最大值;随着循环次数的增加,活性炭纤维的吸附性能呈下降趋势,循环使用13次后活性炭纤维吸附量基本达到稳定吸附量。
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