苯和甲醛在活性炭上的竞争吸附特性及关键因素研究

作     者：王波 

作者单位：天津商业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王志强

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：甲醛 苯 竞争吸附 湿度 孔径 巨正则蒙特卡洛模拟 

摘      要：装修等原因造成的室内空气污染问题严重威胁着人类健康的同时,同样制约着社会发展与进步的速度。活性炭因其自身经济型、高效性及普遍适用于各种场所的吸附而备受青睐,但鲜有针对适用于室内污染物浓度低、种类多,且室内环境在不同季节、不同区域温差范围广、湿度变化大的实际情况而进行的活性炭多元空气污染物的竞争吸附研究。本文在不同工况下测得了某品牌活性炭对典型室内污染物(苯、甲醛)的吸附穿透曲线及苯和甲醛在不同配比下竞争吸附的穿透曲线,结果表明,提升初始浓度会在一定程度上提高吸附量,增加湿度会降低苯和甲醛的吸附量,但由于二者极性不同,湿度对其影响程度不同;活性炭对苯的吸附效果优于甲醛,在竞争吸附时苯吸附量大于甲醛的同时,苯可以置换出已被活性炭吸附的甲醛,形成顶峰效应。此外,在实验基础上,使用分子模拟软件,依据所使用的某品牌商用活性炭的物化性质表征结果及相关理论,借助比表面积测试仪及扫描电子显微镜,将活性炭吸附性能数据与活性炭结构特征参数、吸附质物理特性参数进行有机关联,并通过巨正则蒙特卡洛模拟方法,探究了不同活性炭孔径及不同工况条件下苯和甲醛的吸附效果。结果表明,活性炭孔径尺寸是影响其吸附效果的关键因素之一,在1,2,4nm三个不同孔径中,苯吸附量随着孔径增大而线性增大,但甲醛在2nm孔径的活性碳中吸附效果反而最佳;在活性炭微尺度吸附的理论基础上,利用已经建立的活性炭物性参数与吸附质物性参数的模型,对活性碳中有机物的选择性和竞争性吸附特性与其物理特性——孔径的相关性进行研究,比较了不同孔径、不同配比下甲醛与苯的竞争吸附结果,结果表明,在孔径较大的微孔或介孔中,苯的吸附效果较甲醛更佳,但在小孔中吸附效果不如甲醛。