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《河北科技大学》 2016年
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海泡石改性及其吸附挥发性有机物机理与过程研究

梁伟朝  
【摘要】:近年来,中国的灰霾天气频繁出现。研究发现VOCs是形成灰霾的重要因素。因此,VOCs的净化处理势在必行。吸附法是VOCs治理过程中应用最为广泛的方法之一。常用的吸附剂(如活性炭)存在吸附成本高、伴随二次污染等问题。海泡石则以其低廉的价格、巨大的存储量、潜在的比表面积等优势吸引了人们的广泛关注,其在VOCs污染控制领域有良好的应用前景。为了研究海泡石对典型VOCs的吸附机理与过程,本文首先将海泡石进行水热和酸改性,并对丙酮和甲苯气体进行静态吸附研究,从表面形貌、孔结构、晶型等方面对海泡石进行表征,探讨改性对海泡石物理结构和静态吸附性能的影响;而后将改性海泡石成型,研究吸附温度、进气浓度、载气流量和吸附剂装填量对成型海泡石动态吸附VOCs性能的影响;最后,探讨VOCs在海泡石上的吸附平衡、吸附动力学问题,初步分析海泡石吸附VOCs的机理。研究的主要结论如下:质量分数13%的盐酸浸渍改性12 h的海泡石静态吸附VOCs效果较好,吸附丙酮达57.20 mg/g,吸附甲苯达36.92 mg/g。改性后的海泡石BET比表面积由原矿的6.218 m2/g增加到62.205 m2/g,总孔容由原矿的0.0140 cm3/g增大到0.2103 cm3/g,孔径集中分布在1.4 nm左右,微孔、介孔明显增多。随着海泡石BET比表面积的增大,其对丙酮的吸附量随之增大;随着海泡石总孔容的增大,其对甲苯的吸附量随之增大,且均成线性关系。丙酮和甲苯气体在海泡石吸附剂上的动态吸附平衡过程可以用Langmuir吸附等温方程来描述,其过程是一个以物理吸附为主的单分子层吸附过程,并且吸附过程容易进行;准二阶动力学模型可以描述海泡石动态吸附丙酮和甲苯气体的动力学过程,其吸附机制取决于吸附剂与吸附质自身性质,吸附过程伴随着化学吸附现象;颗粒内扩散模型揭示了海泡石吸附VOCs的吸附速率是由内扩散和膜扩散过程共同控制的。
【关键词】:海泡石 改性 水热 盐酸 丙酮 甲苯 吸附动力学
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X701;O647.3
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-21
  • 1.1 挥发性有机物及其治理概述9-12
  • 1.1.1 挥发性有机物的概念9
  • 1.1.2 挥发性有机物的来源与危害9-10
  • 1.1.3 挥发性有机物治理技术10-12
  • 1.2 海泡石简述及其研究进展12-14
  • 1.2.1 海泡石的结构与组成12
  • 1.2.2 海泡石的纯化12
  • 1.2.3 海泡石改性研究现状12-14
  • 1.3 吸附理论14-18
  • 1.3.1 物理吸附与化学吸附14-15
  • 1.3.2 传质过程15
  • 1.3.3 透过曲线15-16
  • 1.3.4 吸附平衡和吸附等温线16-17
  • 1.3.5 吸附动力学研究17-18
  • 1.4 立题依据及研究意义18
  • 1.5 研究内容与技术路线18-21
  • 1.5.1 研究内容18-19
  • 1.5.2 技术路线19-21
  • 第2章 海泡石改性与表征及其VOCs静态吸附性能21-39
  • 2.1 实验部分21-24
  • 2.1.1 实验原料与仪器设备21-22
  • 2.1.2 实验步骤与方法22-24
  • 2.2 结果与讨论24-36
  • 2.2.1 酸改性海泡石对VOCs的静态吸附效果24-27
  • 2.2.2 水热改性海泡石对VOCs的静态吸附效果27-28
  • 2.2.3 改性对海泡石物化性质的影响28-34
  • 2.2.4 海泡石孔结构与VOCs静态吸附量的构效关系34-36
  • 2.3 本章小结36-39
  • 第3章 海泡石成型39-45
  • 3.1 实验部分39-41
  • 3.1.1 实验原料与仪器设备39-40
  • 3.1.2 实验步骤与方法40-41
  • 3.2 结果与讨论41-44
  • 3.3 本章小结44-45
  • 第4章 VOCs在海泡石吸附剂上的动态吸附研究45-61
  • 4.1 实验部分45-48
  • 4.1.1 实验原料与仪器设备45-46
  • 4.1.2 实验步骤与方法46-47
  • 4.1.3 分析方法47-48
  • 4.2 结果与讨论48-58
  • 4.2.1 丙酮和甲苯单组分在海泡石上的吸附平衡48-52
  • 4.2.2 丙酮在海泡石上的吸附动力学52-55
  • 4.2.3 丙酮和甲苯在海泡石上动态吸附的动力学模型研究55-57
  • 4.2.4 海泡石动态吸附丙酮和甲苯的机理剖析57-58
  • 4.3 本章小结58-61
  • 结论61-63
  • 参考文献63-67
  • 致谢67

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