海泡石的活化及其对苯乙烯的吸附性能的研究

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苯乙烯是毒性较强的化学危险品,VOCs,对人体和生物具有慢性毒性和致癌性。同时,苯乙烯是我国恶臭污染控制的八大受控物之一。目前对苯乙烯的处理研究报道相对较少。海泡石是一种纤维状的硅酸盐粘土矿物,价格低廉,改性后的海泡石具有独特的晶体结构和巨大的比表面积,对挥发性有机物具有有良好的吸附性能,是一种优良的新型吸附材料。因此,本课题对海泡石进行了改性并对其苯乙烯的吸附性能进行了研究。本论文对海泡石分别进行了水热改性和盐酸改性,采用SEM-EDS、FT-IR、TG等手段对改性海泡石的结构、表面化学成分等进行分析,并初步探讨了改性海泡石吸附苯乙烯的机理。采用程序升温脱附(TPD)技术测定了苯乙烯在原始及改性海泡石上的脱附活化能。主要研究内容和结论如下:(1)考察了不同条件改性后的海泡石表面结构(孔径,表面杂质)和化学官能团(含氧酸碱性官能团)的变化情况,来分析对苯乙烯吸附饱和量的影响。结果表明,水热改性法的海泡石对苯乙烯的吸附性能要优于盐酸改性的海泡石。采用先水热后盐酸改性的方法改性效果更佳。(2)通过对海泡石进行酸和水热改性,其比表面积及孔容、孔径有了很大提高,最优酸改性海泡石比表面积、孔容及孔径分别为59.288m~2/g,0.072cc/g,19.282;最优水热改性海泡石的为86.661m~2/g,0.066cc/g,19.259。(3)在酸改性最佳条件下(盐酸浓度12%,改性时间10.5h)静态吸附的饱和吸附量可达111mg/g,比原始海泡石提高了105.56%;水热改性改性最佳最佳条件下(改性温度180℃,改性时间3h)静态吸附的饱和吸附量可达132mg/g,比原始海泡石提高了144.44%,静态吸附能力有了很大提高。(4)本文主要研究了苯乙烯在改性海泡石上的穿透曲线,并采用程序升温脱附(TPD)技术测定了苯乙烯在原始及改性海泡石上的脱附活化能。结果表明,用改性温度180℃,改性时间3h的水热处理改性海泡石其微孔孔容及其比表面积最大,其对苯乙烯的吸附容量也最大,TPD谱图进一步证明了用盐酸改性海泡石可以提高其对苯乙烯的吸附能力。(5)由动态吸附实验,随着苯乙烯的浓度的增加,穿透时间提前,平衡速率减小,穿透吸附量增加,更有利于吸附。而温度升高会使穿透吸附量降低,不利于吸附,但较小范围内的升温对吸附效果没有很大的影响。脱附活化能越大,则说明吸附剂跟吸附质之间的相互作用就越大,从而吸附质从吸附剂上脱附所需要的能量就越大。苯乙烯在改性海泡石上的TPD曲线呈狭窄的非对称峰,属于一级脱附动力学过程。与原始海泡石相比,苯乙烯在酸改性海泡石上的脱附活化能更大,在工艺条件为混合气流量25mL/min、吸附温度40℃时最大。苯乙烯在酸改性海泡石上最佳脱附工艺条件为混合气流量25mL/min、吸附温度40℃时,脱附活化能最大,为27.419kJ/mol,大于水热改性海泡石的脱附活化能。
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