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自修复型活性炭的制备及在甲苯废气处理中的应用
作者:管理员    发布于:2018-06-27 09:04:13    文字:【】【】【

  洁性炭具有较为发达的孔隙结构,较强的吸附特性,且性能稳定,耐酸碱、耐热,不溶于水和有机溶剂等特点,被广泛用于工业三废治理、溶剂回收,食品饮料提纯等。然而活性炭吸附达到平衡后将会失去吸附活性成为废弃活性炭,不仅造成了活性炭的高使用成本,而且还带来了资源浪费和二次污染等问题,极大的限制了活性炭在各个领域中应用,因此,实现活性炭吸附活性的自我修复是目前活性炭研究的热点。

  1102是迄今为止应用最为广泛的光催化剂,具有高活性、高稳定性和无二次污染等特性。本文采用浸渍一烧结的方法将丁102固载于颗粒活性炭上,制备出具有自修复吸附活性能力的改性复合材料。并设计相应的原位修复活性。进气口和出风口装有换气和排气风扇,促使模拟工房中气体流动,在海绵或棉球上倒入适量甲苯溶液,使其自然挥发形成甲苯气体。

  三通阀(8)连接取气管取气体样品的浓度作为模拟工房挥发出来的气体初始进气浓度,导气取样口(13)连接取样管所取气体的浓度作为气体排出浓度,利用排出浓度、进气浓度计算去除效率。甲苯浓度的测定模拟工房及废气处理装置3结果与讨论3.1X射线衍射分析X射线衍射(XRD)是研究晶体结构的一种重要手段,可以鉴别自修复型活性炭中Ti02的晶型和晶粒尺寸。Ti02存在多种晶型,常见的主要有锐钛矿型、板钛矿型和金红石型三种晶体结构,由于锐钛矿型Ti02有较大的比表面积和较强的吸附力,光催化活性较好,是催化领域研究的主要对象。是普通活性炭(a)和自修复活性炭(b)样品的XRD图谱。

  荇通活性炭与自修甩活性炭的XRD图谱Fig.2XRDpatternsfortheordinary从中可以看出,普通活性炭样品中主要是无走形炭的形态,为非晶结构。而自修复型活性炭由于负载了丁丨2且经过45!:焙烧,在20=25.4°处有明显衍射峰,对照相应的卩卡片,与锐钛矿型丁丨2(00-021-1272)的衍射图谱-致,证明了丁丨02微粒已经进入活性炭的微孔结构中。

  3.2扫描电镜分析为了直接观察到自修复型活性炭的表观形貌,我们利用扫描电镜(SEM)对普通活性炭和自修复型活性炭做了相应的对比,如所示。

  a―普通活性炭b―自修复型活性炭普通活性炭与自修复型活性炭的SEM图Fig.3SEMimagesfortheordinary通过可以看出,普通活性炭的孔隙较大且开阔,而自修复型活性炭的孔隙较小且多微孔,证明Ti02进入活性炭的孔隙与表明的凹陷处,但并未将这些孔隙完全堵塞,进而形成了具有更大比表面积的复合材料。

  3.3自修复活性炭对甲苯废气的处理情况处理时间/h进气浓度/mg.nT3出气浓度/mg.nT3去除率/%通过表1看出,光催化一协同处理甲苯废气比单独采用自修复型活性炭吸附甲苯废气的处理效果优异,进气浓度虽然波动较大,但总体的浓度较之单独吸附处理情况下的进气浓度低,说明单独采用紫外光光催化降解甲苯有一定的效果,但去除效率不高,不易单独使用。

  33.4光催化一吸附一原位活性修复处理保持换气的通排风状况,保持采气流量为。3L/min,同时开启中的紫外灯管1和10,打开三通阀8,使甲苯气体流经自修复型活性炭管12,形成光催化降解-吸附-原位活性修复的处理状况,对比采用普通活性炭吸附的处理效果,具体情况如所示。

  光催化-吸附-原位活性修复条件下对甲苯去除效果图Fig.中,在处理时间为lh前,单独用活性炭吸附的去除效果比光催化-吸附-原位活性修复的效果好,主要是由于自修复活性炭中部分吸附活性点位被纳米Ti02光催化剂占据,且有部分活性炭孔洞被堵塞,会造成吸附效果低于普通活性炭。但随着处理时间的延长,普通活性炭的去除效率明显降低,5h后去除率就低于50%,达不到理想的去除效果,而采用光催化-吸附-原位活性修复的自修复活性炭处理甲苯废气的处理效率在6h后依然保持在80%左右,具有较好的处理效果,这主要是由于自修复型活性炭本身是利用活性炭作为气体浓集中心,将甲苯废气进行富集,在利用紫外光催化效应将富集的有机气体分解转化为无机物,导致活性炭内的吸附位空出,从而恢复了活性炭的吸附能力,使其得到原位再生。因此,采用原位活性修复可以延长自修复活性炭的使用寿命。

  4结论利用自修复型活性炭可以实现对甲苯废气的有效处理,在自制的模拟工房实验装置中,采用换气通风状况下的处理效果比采用排气通风状况下的处理效果良好,因此,在实际工房中,为了防止有机气体对职工职业健康的危害和降低环境保护处理装置的负荷,最好是开启换气和排气风扇,保持工房环境的良好通风。

  不同的采气流童(气体流量)下,自修复型活性炭对甲苯废气的去除效率不一致,当采气流量过低时,气体受到自修复型活性炭本身的气阻作用,易行成气体通道,达不到吸附的作用,而采气流量过高时,由于气流紊动造成活性炭松动,从而形成一定的间隙,形成气体通道,达不到吸附的作用。只有当气流速度一定时,既能利用一定的空气冲击力通过自修复活性炭,又不会造成活性炭的松动形成孔隙通道。

  因此,在进行活性炭吸附处理气体的过程中必须严格考虑气体流量对处理效果的影响。

  采用光催化一吸附协同处理甲苯废气的去除率比单独采用吸附处理的去除率略高,但光催化降解的效果并不明显,主要是由于单独紫外光较难对空气中02和OIT作用,产生较强氧化性的活性羟基0和超阳离子CV,因此光催化不易单独使用。

  光催化一吸附一原位活性修复可以实现延长自修复型活性炭的使用寿命,主要是利用负载在活性炭表面的Ti02在紫外光的作用下,使其导带上的电子发生跃迁,生成空穴-电子对,并在催化剂外表面产生诱导吸附,与气相中的氧化剂(02和Off)作用产生强氧化性的羟基自由基0!!和超阳离子02%从而使吸附在活性炭表面位于光催化剂周围的甲苯气体发生降解,而外部的甲苯和内部甲苯的浓度差又会发生扩散作用,产生进一步的降解,从而不断恢复活性炭的活性点位。

脚注信息
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