酸碱改性活性炭对甲醛吸附性能的研究

摘要

随着生活水平的提高，大量建材投入室内装修，从而产生一系列挥发性有机气体，严重危害室内空气品质。甲醛作为挥发性有机气体的典型，长时间接触甲醛会使得人体各项身体机能受到一系列影响，甚至会引发癌变。目前对甲醛的处理通常采用活性炭吸附法，因此，探究活性炭对甲醛的吸附性能，尤其是改性活性炭对甲醛吸附性能的提升十分重要。
　　本文主要从三个方面展开，第一部分是不同的酸碱改性方式对活性炭孔径特性、表面含氧基团和表面形貌的影响;第二部分是分子模拟活性炭本身孔径特性和表面含氧基团对吸附的影响;第三部分是不同改性活性炭较之未改性活性炭对甲醛的吸附性能影响，以及温度对吸附效果和改性效果的影响。
　　为探究不同改性方式对活性炭的作用，本文采用草酸、硝酸和氨水对活性炭进行改性处理，通过全自动比表面积及孔隙分析仪、傅立叶红外光谱以及扫描电子显微镜对改性活性炭物化性质进行观察，探究有机酸、强氧化性酸和碱改性对活性炭孔结构特性、表面含氧官能团及表面形貌的影响。发现三种改性方式均会提高微孔孔容所占比例，改变活性炭表面含氧官能团的含量。其中，草酸改性活性炭微孔孔容所占比例提升最大，高达5％，还会使得活性炭表面的羟基大幅增加，而硝酸改性会使得活性炭表面粗糙，氨水改性对活性炭微孔比表面积影响最小。
　　为探究活性炭本身孔结构性质和表面官能团对吸附的影响，本文通过Materials Studio软件构建甲醛模型和活性炭的狭缝微孔模型，利用巨正则系综蒙特卡罗法对吸附过程进行模拟，模拟结果表明，活性炭的狭微孔部分对甲醛吸附效果影响显著，表面官能团中羟基含量增加，有利于甲醛的吸附。
　　为探究改性活性炭较之未改性活性炭对甲醛的吸附性能，本文通过固定床吸附实验装置，对未改性活性炭和草酸、硝酸、氨水改性活性炭进行了吸附实验，对吸附曲线进行吸附动力学分析，对改性活性炭吸附甲醛的吸附能进行分析，探究吸附性能。实验表明三种改性方式均会提升活性炭的吸附性能，草酸改性活性炭吸附性能最好，303K时吸附饱和容量可提升16％;温度提升会使得吸附容量下降，但会提升改性活性炭的改性效果。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 立题依据

1．3 研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究方法

第二章 活性炭吸附甲醛机理分析

2．1 吸附现象和本质

2．1．1 吸附现象概述

2．1．2 物理吸附和化学吸附

2．1．3 吸附作用力

2．2 吸附理论

2．2．1 吸附理论的发展

2．2．2 吸附模型

2．2．3 吸附等温线

2．2．4 吸附速率和吸附平衡

2．3 活性炭和甲醛

2．3．1 活性炭

2．3．2 甲醛

2．3．3 影响吸附的因素

2．3．4 活性炭改性技术

第三章 酸碱改性对活性炭物化性质影响

3．1 改性实验

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验过程

3．2 改性活性炭孔结构特性分析

3．2．1 测试原理

3．2．2 氮气吸附等温线

3．2．3 孔径特性分析

3．3 改性活性炭表面含氧基团特性分析

3．3．1 测试原理

3．3．2 傅立叶红外光谱分析

3．4 改性活性炭表面形貌分析

3．4．1 测试原理

3．4．2 放大20000倍形貌分析

3．4．3 放大10000倍形貌分析

3．4．4 放大5000倍形貌分析

3．4．5 放大2500倍形貌分析

3．4．6 放大1000倍形貌分析

3．5 本章小结

第四章 活性炭吸附甲醛的巨正则蒙特卡罗模拟

4．1 分子模拟介绍

4．1．1 模型构建背景

4．1．2 蒙特卡罗方法介绍

4．1．3 巨正则系综抽样算法

4．2 模拟过程

4．2．1 模型的建立

4．2．2 模拟方法

4．3 模拟结果分析

4．3．1 孔径大小作用分析

4．3．2 官能团作用分析

4．4 本章小结

第五章 酸碱改性活性炭对甲醛吸附性能研究

5．1 吸附甲醛实验

5．1．1 实验装置

5．1．2 实验方法

5．1．3 实验误差

5．1．4 注意事项

5．2 实验结果分析

5．2．1 改性对吸附的影响

5．2．2 温度对吸附的影响

5．3 吸附动力学分析

5．3．1 准一阶动力学模型

5．3．2 准二阶动力学模型

5．3．3 Bangham动力学模型

5．3．4 Elovich动力学模型

5．3．5 动力学特性分析

5．4 吸附能分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文结论

6．2 后续工作

致谢

参考文献

作者简介