活性炭纤维表面改性对其吸附甲醛性能的影响

摘要

以甲醛为主要室内空气污染物对人类健康的危害已越来越受到人们的关注,研究合适有效的治理技术迫在眉睫。在当前的技术中,吸附技术是最为有效和经济的手段之一,而活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,ACF)作为一种新型高效的多孔材料,其优异的吸附性能使其倍受青睐,是一种十分具有应用前景的吸附材料。 本文针对甲醛引起的空气污染问题,对活性炭纤维进行表面改性,考察了各种条件下活性炭纤维对甲醛的吸附性能,重点研究了活性炭纤维表面性质在高湿度条件下对甲醛吸附性能的影响。 本文研究了活性炭纤维表面物理结构和化学性质对甲醛吸附性能的影响。应用ASAP2010M测定了不同活性炭纤维的比表面和孔结构,应用DRIFTS和Boehm滴定测定了活性炭纤维表面含氧基团的种类和含量,并测定了不同吸附条件下甲醛在活性炭纤维固定床的吸附透过曲线。结果表明：活性炭纤维的比表面积越大,其对甲醛的吸附容量越大；相对湿度对活性炭纤维固定床吸附甲醛透过曲线有影响,湿度越大,透过时间越短。此外,甲醛入口浓度和气体流速越大,活性炭纤维固定床对甲醛的吸附透过时间就会越短。 本文应用热还原在氮气氛围下改性活性炭纤维,并研究其表面物理结构和化学性质对甲醛吸附性能的影响。结果表明：热还原改性使活性炭纤维的比表面积增大,微孔孔径增大。热还原使表面总的酸性基团数量大量减少,而碱性基团含量得到增加。随着热还原时间增加,温度升高,改性后活性炭纤维的酸性含氧基团越少,在高相对湿度下活性炭纤维吸附甲醛的透过时间越长。 本文在100℃的空气氛围下,对活性炭纤维反复吸附脱附甲醛,发现活性炭纤维具有很好的再生率,对其工业化应用具有重要指导意义。 本文提出在氮气氛围下,应用微波诱导改性活性炭纤维,用于提高活性炭纤维在高湿度下吸附甲醛的性能,并研究其表面物理结构和化学性质对甲醛吸附性能的影响。结果表明：微波诱导后,活性炭纤维的微孔孔径变大,比表面及总孔容均变小；在改性过程中,微波辐射功率越大,改性后的活性炭纤维其表面含氧基团含量越少,其吸附甲醛的透过时间就越长。这是本文的创新之处。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

前言

1.1VOCs的定义及其危害

1.1.1 VOCs的定义及其污染源

1.1.2 VOCs的危害

1.2甲醛危害、来源及其控制标准

1.2.1甲醛的性质和主要用途

1.2.2甲醛对环境的污染及危害

1.2.3甲醛的国家控制标准

1.3挥发性有机物的治理技术

1.3.1挥发性有机物的回收技术

1.3.2挥发性有机物的销毁技术

1.4挥发性有机物的吸附技术研究进展

1.4.1吸附工艺技术在VOCs治理方面的进展

1.4.2常用吸附剂种类

1.4.3活性炭纤维的结构和性能

1.4.4 活性炭纤维吸附甲醛的研究进展

1.5活性炭纤维的表面改性研究进展

1.5.1活性炭纤维孔隙结构改性研究进展

1.5.2活性炭纤维表面化学改性研究进展

1.5.3活性炭纤维表面化学性质表征

1.6本论文的研究思路

1.7本论文的主要研究内容

第二章甲醛在三种活性炭纤维的动态吸附性能

引言

2.1实验部分

2.1.1实验材料

2.1.2实验仪器设备

2.1.3实验方法

2.2实验结果与讨论

2.2.1活性炭纤维的孔结构与表面分析

2.2.2活性炭纤维表面化学性质分析

2.2.3活性炭纤维的比表面积对固定床吸附甲醛透过曲线的比较

2.2.4相对湿度对吸附透过曲线的影响

2.2.5甲醛浓度对吸附透过曲线的影响

2.2.6流速对吸附透过曲线的影响

2.3本章小结

第三章热还原改性活性炭纤维对其吸附甲醛性能的影响

引言

3.1实验部分

3.1.1实验材料

3.1.2实验仪器设备

3.1.3实验方法

3.2实验结果与讨论

3.2.1加热时间对改性活性炭纤维孔隙结构和表面化学影响

3.2.2加热时间对改性活性炭纤维在不同相对湿度下吸附甲醛性能的影响

3.2.3加热温度对改性活性炭纤维孔隙结构和表面化学影响

3.2.4加热温度对改性活性炭纤维在不同相对湿度下吸附甲醛性能的影响

3.3热脱附实验研究

3.4本章小结

第四章微波改性活性炭纤维对甲醛吸附性能的影响

引言

4.1实验部分

4.1.1实验材料

4.1.2实验仪器设备

4.1.3实验方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1改性活性炭纤维的孔结构与表面分析

4.2.2活性炭纤维表面化学性质分析

4.2.3相对湿度对改性活性炭吸附甲醛性能的影响

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