多级鼓泡流化床用于挥发性有机物吸附净化工艺研究

摘要

本文以挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOCs)的多级鼓泡流化床吸附工艺开发为背景，内容涉及吸附剂的筛选、多级鼓泡流化床的建立及实验研究和多级鼓泡流化床的改进以及相关实验研究。　　在自制的固定床评价装置上对选取的三种吸附剂进行动态吸附实验和程序升温脱附实验，结合对吸附剂孔道结构和表面含氧官能团的相关表征，具体分析吸附剂的孔道结构和表面化学性质对其吸附性能的影响。在本文选取的三种吸附剂中，具有最小孔径分布、最大堆积密度的沥青基球形活性炭(pitch-based spherical activated carbon, PSAC)综合吸脱附性能最优。　　自主设计并搭建了一套中试规模的两级鼓泡流化床吸附装置，以前文中的PSAC为吸附剂，乙醇为模拟废气成分，考察不同床层高度、流化气速、进气浓度、吸附剂循环速率和脱附温度下吸附装置对废气的净化效率。结果显示，自主搭建的两级鼓泡流化床吸附装置能够连续稳定的进行有机废气的吸附净化。在选定的操作变量变化范围内当脱附完全时两级鼓泡流化床对废气的净化效率范围为81.3%-94.5%，具有较好的工业应用潜力。　　为了进一步提高净化效率，将两级鼓泡流化床改进为四级鼓泡流化床，在80mm的总床层高度下，考察了不同流化气速、进气浓度、吸附剂循环速率和吸附质种类下的净化效率。结果显示，将两级鼓泡流化床改进为四级鼓泡流化床后，在选取的操作变量变化范围内，四级鼓泡流化床对乙醇的净化效率变化范围为94.6%-97.9%，对二甲苯的净化效率变化范围为95.4%-98.6%。四级鼓泡流化床对VOCs废气的净化效率有了较大提升且基本上不随流化气速、进气浓度、吸附剂循环速率和吸附质种类等操作条件的变化而变化，对吸附工况的变化具有极高的适应性和稳定性，非常适用于工业废气的处理。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 VOCs的来源

1.1.2 VOCs的危害

1.2 VOCs的控制技术

1.2.1 吸收法控制技术

1.2.2 冷凝法控制技术

1.2.3 膜分离法控制技术

1.2.4 生物法控制技术

1.2.5 光催化氧化控制技术

1.2.6 催化燃烧法控制技术

1.2.7 低温等离子体法控制技术

1.2.8 吸附法控制技术

1.3 VOCs的吸附净化吸附剂

1.3.1 工业吸附剂选择标准

1.3.2 活性炭吸附剂

1.3.3 树脂吸附剂

1.3.4 沸石分子筛吸附剂

1.3.5 其他吸附剂

1.4 VOCs的吸附净化工艺

1.4.1 固定床吸附净化技术

1.4.2 快速流化床吸附净化技术

1.4.3 多级鼓泡流化床吸附净化技术

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

2 实验部分

2.1.1 吸附质

2.1.2 吸附剂

2.2.1 BET比表面积分析

2.2.2 热重分析

2.2.3 表面化学性质表征

2.3.1 实验装置与运行

2.3.2 吸附性能评价

2.4 多级鼓泡流化床吸附实验

2.4.1 实验装置与运行

2.4.2 实验参数的选取

2.4.3 吸附性能评价

3 球形吸附剂对多种VOCs的吸脱附性能研究

3.1.1 孔道结构分析

3.1.2 表面官能团分析

3.2 球形吸附剂对多种VOCs的静态吸附

3.3 球形吸附剂对多种VOCs的动态吸附

3.4 球形活性炭对乙醇和二甲苯的动态吸附

3.4.1 不同操作气速下的动态吸附测试

3.4.2 不同进气浓度下的动态吸附测试

3.5 球形吸附剂的脱附性能

3.6 本章小结

4 两级鼓泡流化床吸附实验研究

4.1 床层高度对净化效率的影响

4.2 流化气速对净化效率的影响

4.2.1 不同床层类型的动态吸附实验

4.2.2 循环吸附实验

4.3 进气浓度对净化效率的影响

4.4 吸附剂循环速率对净化效率的影响

4.5 脱附温度对净化效率的影响

4.6 本章小结

5 四级鼓泡流化床吸附实验研究

5.1 流化气速对净化效率的影响

5.2 进气浓度对净化效率的影响

5.3 吸附剂循环速率对净化效率的影响

5.4 不同VOCs在四级鼓泡流化床上的吸附

5.5 本章小结

6 结果与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

作者简历

致谢

学位论文数据集