高湿度下甲苯在活性炭上吸附/脱附性能及其吸附-催化燃烧耦合降解

摘要

近年来,环境污染给生态系统和人类生存造成直接的破坏和严重的影响,治理环境污染问题已成为世界各个国家的共同课题之一。其中,是对人类最为直接和严重的污染之一。挥发性有机化合污染物(VOCs)是其中最为常见的大气污染物,它具有种类多、成分复杂、对人体危害大、处理难度大等特点。 目前活性炭吸附法是治理低浓度VOCs污染的有效技术之一。然而,目前的研究表明,当有机废气的相对湿度处于较高的情况下,由于水蒸汽存在将会导致活性炭的吸附性能显著下降。此外,饱和吸附VOCs的活性炭也面临着如何高效再生以及避免再生过程中容易造成二次污染等问题。 本文选取代表性VOCs甲苯为研究对象,进行了在不同湿度条件下活性炭固定床吸附甲苯的吸附透过实验。结果表明：随湿度的增加,活性炭吸附甲苯的工作吸附容量减少,而对水的吸附容量则逐渐增大,表明水蒸气的存在会严重影响活性炭对甲苯的吸附,二者之间存在明显的竞争吸附。Boehm滴定结果表明,活性炭表面酸性基团越多,活性炭吸附甲苯的性能受湿度的影响就越大。 本文研究在氮气和空气氛围中热再生H56/AC,脱附温度低,则甲苯的脱附率低,而使用较高的脱附温度会降低活性炭再次使用的吸附性能。H56/AC在氮气氛中的脱附再生率略高于其在空气氛围的,但差别不大。因此本文认为在180℃下的空气氛中进行H56/AC的再生是简便和经济的选择。这是本文的新意之处。BET比表面积测定结果表明,再生后H56/AC的BET比表面积和微孔孔容明显减少,而大中孔的孔容有所增加,使得再生后重复使用的H56/AC的吸附性能比新鲜H56/AC的吸附性能有所降低。 本文将吸附技术与催化燃烧技术进行耦合,设计出吸附-催化燃烧耦合装置。通过实验测定了各实验参数对该装置降解甲苯效果的影响。结果表明：降低脱附温度、加入臭氧提高催化剂活性、加大催化剂用量及提高催化燃烧温度都将提高装置降解甲苯的能力。该实验装置在处理相对湿度为80％的含甲苯废气时,使用脱附温度为180℃,催化燃烧温度为250℃,可将从活性炭床层脱附出来的甲苯完全降解销毁。达到了将活性炭再生的同时不产生二次污染的目的。这是本文的创新之处。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

引言

1.1 VOCs及其危害

1.1.1挥发性有机物及其来源

1.1.2挥发性有机物的危害

1.1.3国内外对控制VOCs排放的相关规定

1.2 VOCs污染治理技术

1.2.1回收技术(recovery)

1.2.2销毁技术(destruction)

1.3吸附技术概述

1.3.1吸附技术

1.3.2吸附剂

1.3.3吸附过程的影响因素

1.3.4活性炭的脱附再生

1.4催化燃烧技术概述

1.4.1催化燃烧技术

1.4.2催化剂

1.4.3催化剂载体

1.5本文的研究背景与研究意义

1.6本文研究的主要内容

第二章不同湿度下活性炭固定床对甲苯的吸附性能

引言

2.1固定床吸附原理

2.2实验部分

2.2.1实验药品及仪器

2.2.2活性炭的预处理

2.2.3甲苯标准工作曲线的绘制

2.2.4吸附透过曲线的实验测定

2.2.5孔结构与比表面分析

2.2.6活性炭表面酸碱官能团测定

2.3实验结果与讨论

2.3.1湿度对吸附透过曲线的影响

2.3.2相对湿度对吸附剂工作吸附容量的影响

2.3.3流速对透过曲线的影响

2.3.4孔结构及比表面积测定

2.3.5 Boehm滴定测定结果

2.4本章小结

第三章高湿度下甲苯在活性炭床层的热脱附

引言

3.1实验部分

3.1.1实验药品及仪器

3.1.2实验方法

3.2实验结果与讨论

3.2.1氮气氛围再生温度对活性炭再生率的影响

3.2.2空气氛围再生温度对活性炭再生率的影响

3.2.3氮气／空气中的再生比较

3.2.4脱附温度对脱附流出曲线的影响

3.2.5活性炭的热重分析

3.2.6孔结构及比表面测定

3.3本章小结

第四章吸附-催化燃烧耦合降解甲苯

引言

4.1实验部分

4.1.1实验药品及仪器

4.1.2 Co0／Y-Al2O2催化剂的制备

4.1.3实验装置及方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1不同脱附温度对流出曲线的影响

4.2.2臭氧流率对脱附／催化燃烧流出曲线的影响

4.2.3处理湿度条件下含甲苯废气的流出曲线

4.2.4催化剂用量对流出曲线的影响

4.2.5催化燃烧温度对流出曲线的影响

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢