硅烷改性活性炭对甲醛的吸附性能研究

摘要

以甲醛为主要污染物之一的室内空气污染直接危害人类健康，因此研制相应的治理技术迫在眉睫。活性炭不仅具有高的比表面积和优良的吸附性能而且价格低廉，成为在治理室内空气污染方面具有很好发展潜力的吸附材料。
　　 本文主要研究硅烷化活性炭对甲醛的吸附性能，主要研究硅烷改性对活性炭孔结构和的表面化学性质的影响，改性活性炭的孔结构和表面化学性质对其与甲醛和水的结合能力影响规律，并涉及研究电热脱附基础。
　　 本文研究了硅烷改性前后活性炭的表面化学性质的变化以及其对水和甲醛的吸附性能。活性炭表面经硅烷改性后，其表面总的酸性基团、含氧基团数量减少。活性炭表面经硅烷化改性后，明显削弱水分子的竞争吸附，增强其憎水性。甲醛在三种床层上的吸附透过时间大小顺序为：MAC6活性炭床层>AC6活性炭床层>AC9活性炭床层。在相对湿度为80％时，甲醛在AC6与MAC6床层上的透过点分别是：22min，44min，表明甲醛在经表面硅烷化改性的MAC6活性炭上的吸附透过时间是其在原始活性炭床层上透过时间的一倍。
　　 本文利用IGC技术测定了改性前后的活性炭其表面的吸附自由能，讨论了活性炭其表面的吸附自由能的变化对其吸附甲醛和水分子的结合能力影响。IGC实验结果表明：与改性前的活性炭AC6相比，甲醛在硅烷改性后活性炭MAC6上的吸附自由能值增加了-2．66kJ/mol，水在此活性炭上的吸附自由能值减少了3．783 kJ/mol。两者在硅烷改性后活性炭上的吸附自由能的比值为2．08，表明活性炭表面经硅烷化改性后，进一步增强了甲醛的竞争吸附，而削弱了水分子的竞争吸附。
　　 本文研究了电脱附再生活性炭，测定三种吸附材料固定填充床的电阻以及电阻随温度变化曲线，测定了施加电压对固定填充床床层温度变化的影响，并对硅烷化活性炭床层进行电热脱附再生研究。实验结果表明：三种吸附材料的床层温度都随着通电时间的增加而增加，床层的电阻随温度升高而下降；床层电阻大小的顺序为：MOF床层>MIL床层>MAC6活性炭床层。电脱附实验表明，脱附过程中载气流量越大，脱附曲线越早到达最高出口浓度峰值，出口甲醛浓度越低。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

引言

1.1 室内污染物甲醛及VOCs的基本概念

1.2 室内甲醛污染物的来源

1.2.1 人造板中的甲醛

1.2.2 油漆、装饰材料中的甲醛

1.2.3 燃料不完全燃烧及烟叶燃烧

1.3 影响甲醛释放的因素

1.4 常用治理甲醛的方法

1.4.1 臭氧氧化法处理甲醛

1.4.2 光催化氧化法处理甲醛

1.4.3 金属氧化物法处理甲醛

1.4.4 负离子法处理甲醛

1.4.5 吸附法处理甲醛

1.5 吸附处理技术

1.5.1 吸附作用原理

1.5.2 吸附法分类

1.6 吸附法处理甲醛的研究

1.6.1 常用吸附剂

1.6.2 吸附剂的改性方法

1.6.3 硅烷改性吸附剂研究进展

1.7 吸附剂脱附再生

1.7.1 活性炭的电脱附原理

1.7.2 电脱附吸附剂的研究进展

1.8 本文的研究背景及研究内容

1.8.1 研究背景

1.8.2 研究内容

第二章 硅烷改性活性炭吸附甲醛的性能

引言

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验仪器及设备

2.1.3 实验方法

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 改性前后活性炭BET比表面和孔径分布

2.2.2 Boehm滴定结果

2.2.3 活性炭吸湿动力学曲线

2.2.4 相对湿度对活性炭固定床吸附透过曲线的影响

2.2.5 相对湿度对硅烷改性活性炭吸附甲醛性能的影响

2.3 本章小结

第三章 硅烷化改性对活性炭表面吸附自由能分量的影响

引言

3.1 IGC基本理论

3.2 IGC测定活性炭类材料表面性质计算方法

3.3 实验部分

3.3.1 实验材料

3.3.2 实验设备

3.3.3 实验方法

3.4 实验结果与讨论

3.4.1 实验条件对甲醛的色谱流出峰的影响

3.4.2 硅烷改性前后对甲醛的表面吸附自由能

3.5 本章小结

第四章 活性炭电脱附再生研究

引言

4.1 电脱附原理

4.2 实验部分

4.2.1 实验材料与装置

4.2.2 实验方法

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 通电时间及温度变化对电阻的影响

4.3.2 电压对材料床层升温速率的影响

4.3.3 三种材料床层升温降温速率的比较

4.3.4 硅烷化活性炭电加热脱附实验

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢