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活性炭模块的制备及其吸附性能的研究

陈寒光  
【摘要】:以活性炭为吸附材料的化学防护器材具有良好的吸附性能,广泛应用于军用毒剂防护和各种化学事故中工业有毒化学品的防护。然而,目前的化学防护器材仍存在着寿命短、风量小、更换困难等问题,不能很好地满足快速应对各种化学事故、化学恐怖袭击的应用要求。因此,研究开发新型活性炭材料对于化学防护的发展具有重要的意义和实际应用价值。 本课题在大量筛选评价和工艺参数优化的基础上,选择以BN09柱状颗粒活性炭为原材料,以EVA树脂为胶粘剂,以聚丙烯酰胺为增稠剂,采用湿法制备工艺制备得到了活性炭模块(Activated Carbon Monolith,ACM),并对该模块的风阻、抗压强度和孔隙结构进行了系统的测试,以苯为吸附质,采用动态吸附法,考察了苯蒸气在活性炭模块床层上的吸附行为,研究了增稠剂、含胶量、苯初浓度和气流比速对活性炭模块床层吸附穿透行为的影响,并与BN09颗粒活性炭和以羧甲基纤维素钠(CMC)为胶粘剂制备得到的活性炭模块进行了吸附性能的对比研究。 实验结果表明,在0.016-0.08m3/h·cm2的风量范围内,活性炭模块床层的风阻要小于颗粒活性炭装填的床层,因此该模块可满足化学防护中大风量下吸附有毒有害气体的要求;活性炭模块单位面积上的抗压强度达到0.12MPa/cm~2以上,可以作为滤芯材料装填使用;活性炭模块的比表面积达701m2/g,微孔孔容达到0.404mL/g,因此对苯具有良好的吸附性能。 通过对活性炭模块床层穿透行为的研究发现:增稠剂和含胶量与活性炭模块的吸附性能呈负相关;苯的初浓度越高,动态饱和吸附量就越高,吸附速率常数保持不变;气流比速越大,吸附速率常数就越大,动态饱和吸附量保持不变;对比了三种活性炭材料对苯的吸附性能,以CMC为胶粘剂的活性炭模块虽饱和吸附量下降不明显,但吸附速率极低,本实验制活性炭模块与BN09颗粒活性炭吸附行为相似,动态饱和吸附量达106.39mg/cm~3,吸附速率常数为920.43min~(-1),下降均不超过10%,穿透时间下降不超过5%,动态吸附性能良好。 利用Wheeler模型和Yoon-Nelson模型对上述动态吸附数据进行关联,相关度系数为0.985-0.999,说明模型计算值与实验值吻合较好。


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