發(fā)布時(shí)間：2017-12-08 20:25

  本文關(guān)鍵詞：木質(zhì)素基活性碳纖維的制備及其吸附性能的研究

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【摘要】：活性碳纖維是一種備受關(guān)注的新型碳基吸附劑,目前活性碳纖維的生產(chǎn)原料主要集中在黏膠基、瀝青基和聚丙烯腈基三種化石原料上,可再生性差且成本高,采用堿性木質(zhì)素為原料制備活性碳纖維不僅可以解決碳纖維生產(chǎn)原料可再生性差、成本高的問題,而且為生物質(zhì)的資源化利用提供了一種思路。本文以粉末狀堿性木質(zhì)素為原料,采用靜電紡絲生成木質(zhì)素原纖維,對原纖維進(jìn)行預(yù)氧化、炭化和活化處理制備得到活性碳纖維。通過控制紡絲過程中天氣因素(空氣濕度)和原料比例,發(fā)現(xiàn)在夏季晴天(濕度為50% 60%),堿性木質(zhì)素：乙酸：10wt% PVA溶液比為70:15：15時(shí)制備得到的原纖維性狀較好,紡絲液的可紡性最為理想；預(yù)氧化和炭化過程考察預(yù)氧化時(shí)間、碳化溫度的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：預(yù)氧化時(shí)間越長,含氧官能團(tuán)總數(shù)越多；碳化溫度為800℃時(shí)制備得到的碳纖維BET比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)最優(yōu),甲苯的吸附量最大；此外,分別考察水蒸氣活化法、KOH活化法、金屬浸漬和原位復(fù)合催化炭化活化法對制備得到的活性碳纖維相關(guān)特性的影響,三種活化方法對活性碳纖維的物理化學(xué)性質(zhì)及甲苯吸附量均有不同程度的提升,其中KOH活化法制備得到的活性碳纖維(ACFK)吸附劑性能最優(yōu)。同時(shí),論文以甲苯、甲醇和丙酮三種典型的VOCs作為研究對象,選取ACFK為吸附劑,分別在靜態(tài)吸附瓶和固定床裝置中進(jìn)行VOCs的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)。靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明,在氣相環(huán)境中,溫度越高,VOCs的平衡吸附量越小,濃度越高平衡吸附量越大；當(dāng)三種VOCs組分共同存在時(shí),相互之間的平衡吸附量均降低,而三者的疊加值大于任意單組分吸附值,三種VOCs中甲苯的吸附量最大；靜態(tài)液相環(huán)境中,三種VOCs的吸附量均出現(xiàn)不同程度的下降,其中甲苯受影響最大,下降程度超過50%,并且液相中甲苯的吸附最快,平衡吸附量最大。同時(shí),靜態(tài)條件下VOCs的吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫式的分析表明,液相條件下ACFK對甲苯吸附符合準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)模型,對甲醇的吸附與Werber-Morris模型具有較好的擬合效果,對丙酮的吸附與準(zhǔn)一階動(dòng)力學(xué)模型具有較好的擬合相關(guān)性；靜態(tài)氣相條件下甲醇和甲苯的吸附等溫線與Freundlich模型具有更好的擬合度,丙酮的吸附等溫線則采用Langmuir模型是具有更好的擬合度。在動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中,分別進(jìn)行了三種VOCs的單組分、雙組分和多組分吸附實(shí)驗(yàn)。其中,單組分以甲苯為代表,分別考察濃度、氣體流量和吸附劑添加量對最終飽和吸附量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,單組分時(shí),隨著甲苯濃度升高,甲苯穿透曲線左移,ACFK的飽和吸附量和吸附效率先升高后降低；隨著通入吸附柱內(nèi)氣體流量及吸附劑添加量的增大,吸附效率升高；在雙組分吸附中,與甲醇組合的甲醇與甲苯、甲醇與丙酮均發(fā)生明顯的競爭性吸吸附現(xiàn)象,兩個(gè)組合下出口氣體中甲醇的峰值濃度分別是進(jìn)口濃度的1.05倍和1.09倍,這種競爭吸附的現(xiàn)象在多組分吸附過程中更加顯著,并且雙組分和多組分吸附時(shí)三種VOCs的飽和吸附量相比較單組分時(shí)均出現(xiàn)下降趨勢。此外,本論文研究了水蒸氣對ACFK吸附VOCs的影響。ACFK對水蒸氣的飽和吸附量隨著相對濕度的增大而增加,動(dòng)態(tài)吸附過程中在45min時(shí)吸附達(dá)到飽和狀態(tài),隨著溫度的升高水蒸氣的飽和吸附量先增加后減小,在35℃時(shí)飽和吸附量值達(dá)到峰值；當(dāng)水蒸氣存在于VOCs混合氣體中,ACFK對VOCs吸附的飽和吸附量受影響程度依次為甲苯丙酮甲醇,隨著通入混合氣體中水蒸氣量即RH值的升高,ACFK對VOCs飽和吸附量的受影響程度依次為甲苯甲醇丙酮。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X701;O647.3

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