ZnCl2活化酚醛基活性炭纤维的制备及其VOCs及CO2吸附性能研究

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近年来,挥发性有机污染物(VOCs)引起了环境学术领域的广泛关注,被公认为是颇具环境以及人体健康危害的污染物之一。同时,在工业进程中长达一个多世纪化石燃料的燃烧也释放了大量的CO2。以往的学者开展了大量的探索性实验,用于制备环境友好型的吸附材料用于去除VOCs以及CO2。其中活性炭纤维依靠其稳定的性质,廉价易得的特点备受关注。但是传统活性炭纤维的孔径分布比较宽泛,难以做到针对某种气体的专一性吸附。本文针对上述活性炭纤维的不足之处,采用特定的活化方法对活性炭纤维表面进行修饰,调控其孔径分布,提高纤维吸附能力的同时,增强纤维针对特定的VOCs以及CO2的吸附能力,并进一步探索其吸附机理。论文主要的研究内容与结果如下。(1)以酚醛纤维为碳源,使用ZnCl2为活化剂制备活性炭纤维,通过一系列表征手段测试表明,所得到的活性炭纤维呈现出无纺布的无定形碳结构,孔结构丰富且纤维表面无特殊官能团,有利于物理吸附过程。N2及CO2的等温吸脱附测试表明,ZnCl2活化剂添加量显著地影响了最终获得的活性炭纤维的孔分布。通过探究样品的孔径分布图,我们发现样品的微/介孔主要分布在1.0-1.4 nm、1.5-2.0 nm和2.0-5.0 nm三个范围。(2)采用原位吸附法吸附甲苯、乙酸乙酯及CO2,通过气相色谱实时在线测试样品的吸附能力。结合吸附和孔径分布的数据,结果表明活性炭纤维上1.0-1.4 nm的微孔有利于吸附CO2,而1.5-2.0 nm范围内的微孔甲苯和乙酸乙酯的吸附量贡献最大。对甲苯在活性炭纤维上的静态吸附结果进行吸附动力学研究,结果表明甲苯吸附过程更接近于多层吸附型,且主要为物理吸附过程。对CO2/N2进行吸附分离试验,根据理想溶液吸附理论推导,发现活性炭纤维具有较高的CO2/N2选择性。根据Clausius-Clapeyron方程计算,得出活性炭纤维对CO2的吸附过程是一个物理吸附放热过程。
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