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实验分析活性碳纤维在 VOCs 处理中吸附性能及效果(下)

发布时间:2017-02-06 09:22

二、 结果与讨论
2.1 ACF 布对环己烷的吸附性能测定结果与讨论
2.1.1 ACF 布饱和吸附时间和饱和吸附量测定结果
本次正交实验中,ACF 布吸附环己烷的饱和吸附时间和饱和吸附量测定结果见表4。
ACF 布吸附环己烷的饱和吸附时间和饱和吸附量测定结果
表中 SⅠ是因素水平为1 的饱和吸附时间加和,SⅡ是因素水平为2 的饱和吸附时间加和;SⅠ'是因素水平为1 的饱和吸附量加和,SⅡ'是因素水平为2 的饱和吸附量加和。从表 4 看出活性炭纤维是有吸附性能的,其吸附属于物理性吸附,当表面层的物质粒子受到指向内部的拉力,会产生不平衡力场,ACF 表面向周围的介质中捕获其他的物质粒子,使不平衡力场得到一定补偿。挥发性有机化合物在活性炭纤维表面以多段微孔填充的方式迅速、稳定地聚集于ACF 微孔内。活性炭纤维的优异吸附性能,源于它的高比表面积。日本学者金子克美提出,由于孔壁势场的叠加效应,当孔径是吸附质分子直径的2 倍时,较容易发生吸附。对于活性炭等多孔材料,吸附主要发生在内部的微孔部分,大孔和中孔主要起传递作用。相比之下,常规活性碳纤维是表面性单分散微孔材料,同样比表面积,能够产生吸附作用的面积更大,因而吸附、脱附速度更快、吸附量更大。
不同水平的测定结果
如图 4 所示,在风速为1.5m/s 和2.1m/s 时,SⅡ比SⅠ大,SⅡ’比SⅠ’小,即风速增大,会延长ACF 布的饱和吸附时间,同时会降低ACF 布的饱和吸附量。虽然风速越大,环己烷分子可以更快地接触ACF 布而被吸附,加快吸附的过程;但同时,风速的增大会使得环己烷分子更快地通过ACF 布而不容易被吸附,甚至有部分环己烷分子会因风速增大而脱附,降低了ACF 布的吸附的效率,使饱和吸附量降低,同时延长ACF 布的吸附饱和时间,这一点与前人的研究结果相符合。

2.1.3 ACF 布数量对ACF 布吸附性能的影响
ACF 布数量对ACF 布吸附性能的影响
如图 5 所示,在活性炭纤维布为1 块和2 块时,SⅡ对于SⅠ的差值很大,即ACF 布数量对吸附饱和时间的影响很大;且SⅡ'大于SⅠ',说明ACF 布数量的增加能提高ACF 布的单位吸附质量。这主要是因为ACF 布作为吸附材料在吸附过程中起主导作用。ACF 布的增加,即是吸附材料的增加,这能够直接提高对环己烷的吸附量,延长饱和吸附时间;同时,环己烷能更加充分地与吸附材料接触,提高吸附效率和饱和吸附量。不过,吸附效率和饱和吸附量的提高也会使得单位吸附质的饱和吸附时间缩短。综合而言,ACF 布数量的增加能有效提高整体吸附质的饱和吸附时间和饱和吸附量,但会缩短单位吸附质的饱和吸附时间。

2.1.4 ACF 布孔对ACF 布吸附性能的影响
ACF 布孔对ACF 布吸附性能的影响
如图 6 所示,SⅡ比SⅠ大,SⅠ'比SⅡ'大,即ACF 布在有孔的情况下,饱和吸附时间会延长,饱和吸附量会减少。这主要是因为ACF 布上孔的存在,会使得在孔附近的气压压强增大,风速有所增强,使得环己烷分子更容易从有孔的位置通过而不被吸收,降低吸附效率,延长饱和吸附的时间;同时,在ACF 布上有孔会直接减少吸附材料的面积和质量,使得饱和吸附量减少。

2.1.5 环己烷流量对 ACF 布吸性能的影响
环己烷流量对 ACF 布吸性能的影响
如图 7 所示,在环己烷流量为2 mL/min 和2.5 mL/min 时,SⅠ比SⅡ大,SⅡ'比SⅠ'大,即环己烷流量增大,会缩短饱和吸附时间,增大饱和吸附量。这是因为环己烷的流量增大,会直接增加在单位时间内进入到风道中环己烷分子的量,ACF 布吸附的环己烷的量就会更多,空白吸附位的填充就会更快更多,使得ACF 布的饱和吸附时间缩短,饱和吸附量增大,这一点符合微孔填充理论。

2.2 ACF 布孔对风机运行功率的影响
在风速为 1.5 m/s 和2.1 m/s 的条件下,测定了ACF 无孔和有孔时的风机运行功率,测定结果见表5。
测定了ACF 无孔和有孔时的风机运行功率
如表 5 所示,在风速为1.5 m/s 和2.1 m/s,ACF 布有孔的情况下,风机的运行功率能降低8 %~12 %,且效果随ACF 布数量增加而更加明显。这表明:使用带孔的ACF 布作为吸附材料,虽然会延长饱和吸附时间和降低饱和吸附量,但影响并不是特别大,反而在长时间的吸附过程中,使用带孔的ACF 布可以有效地降低风机的能耗,这对于考虑工业上如何节能很有帮助。

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