用于吸附VOCs的碳基材料和MOFs研究

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减少和消除挥发性有机化合物(VOCs)是目前中国治理空气污染的重要抓手。吸附法是一种简便和低能耗的治理VOCs的技术。吸附法得以实现的技术基础是吸附剂的研发。因此深入广泛开展吸附剂的开发,研究吸附脱附过程等基础工作可为吸附技术提供理论和实际技术支持。本文研究了煤质活性炭(CAC)和木质活性炭(WAC)对单一VOCs组分苯乙烯的吸附脱附过程。合成了UiO-66,HKUST和MIL-101三种类型的MOFs材料,并测试了其对苯乙烯吸附脱附性能。探索了掺杂Fe3+,Fe2+,Cu2+对MOFs材料吸附苯乙烯的影响。使用活性炭考察了其吸附复杂VOCs组分——餐饮油烟的性能,并研究了其再生过程。使用BET,FT-IR,XRD,SEM,TG,元素分析,Boehm滴定,COD,四氯化碳吸附值,碘吸附值,GC-MS等多种手段测试了吸附剂以及油烟组分。得到的主要结论如下:(1)FT-IR分析显示WAC上的表面官能团多于CAC;Boehm滴定结果表明,WAC上的含氧官能团数量多于CAC,两者结果是一致的。WAC的比表面积为1827 m2/g,CAC的比表面积为1134 m2/g。对苯乙烯的吸附容量,WAC和CAC分别为0.82 g/g和0.41 g/g。苯乙烯含量由1.5 g/m3增大到9.7 g/m3,饱和吸附容量由0.58 g/g增大到0.82 g/g。WAC对苯乙烯的吸附动力学更符合二级动力学模型,CAC更符合一级动力学模型。WAC的吸附等温模型更符合Sips模型。(2)用碳基材料对餐饮油烟(复杂VOCs)进行吸附再生。先用GC-MS、FT-IR和元素分析等表征检测活性炭吸附的主要成分为低碳烷烃和烯烃等。建立了度量活性炭再生好坏的评价指标,发现四氯化碳吸附率,碘吸附值和COD可以较好的反映活性炭的再生效果。采用芬顿试剂,臭氧氧化法和加热法的再生率分别为81.3%,65.8%和50.1%。(3)合成的HKUST和UiO-66对苯乙烯的吸附性能很差。TG结果表明,MIL-101的骨架坍塌温度为350℃。MIL-101比表面积为2510 m2/g,掺杂15%CuCl2的MIL-101的比表面积为2271 m2/g,对苯乙烯的吸附容量分别为0.79 g/g和0.75 g/g。两者的脱附率都为98%。(4)对WAC和MIL-101进行了三次吸附-脱附循环,两者对苯乙烯仍然都有较好的吸附性能,吸附容量都在0.75 g/g以上。MIL-101在60℃下最大脱附率为98.1%,WAC在100℃下最大脱附率为68%。说明MIL-101可以在低要求的条件下达到更高的脱附率。
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