活性炭吸附一微波解吸一催化燃烧处理含甲苯废气研究

在现阶段我国VOCs污染越来 越严重的情况下,如何在较短的时间内研究出一种相对快速,高效,实用的VOCs控制技术显得尤其必要.本课题开展了微波解吸载甲苯活性炭的研究,并在研究 最后采用催化燃烧法对解吸气体进行处理.利用微波在加热过程中快速,高效,均匀的特点,提高解吸率和解吸速率;同时将解吸气体通过催化燃烧进行进一步净 化,将VOCs转变成CO_2和H_2O,从而达到完全净化的目的. 实验采用甲苯作为目标污染物,利用椰壳基颗粒活性炭作为吸附剂首先进行了活性炭吸附甲苯的研究工作.结果表明,活性炭对甲苯的静态饱和吸附容量为238 mg/g左右,30℃时动态饱和吸附容量在195 mg/g左右.吸附等温线为Langmuir型等温线. 本研究进行了微波辐照活性炭升温行为的实验.结果表明,微波辐照下活性炭升温迅速,不同功率均存在相应的最高温度,达到最高温度后温度基本不再变化.活性 炭床层厚度提高,升温速率及最高温度均下降.载气线速较小时活性炭升温受影响较小,当载气量明显加大时,升温速率下降明显. 本研究的重点是载甲苯活性炭的微波辐照解吸研究.研究表明,400℃是一个比较合适的解吸温度;综合考虑能耗,氮气消耗等因素,载气线速7.3 cm/s是最优选择;活性炭床层厚度越大,解吸的能耗越大,所需的时间也越长;相同条件下,不同甲苯吸附量的活性炭解吸时间基本相当;活性炭床层厚度 2cm,解吸温度400℃,载气线速7.3 cm/s时,一般40 min左右可以达到90%以上的解吸率. 实验中发现在解吸过程中存在微波对活性炭的改性作用,并对此进行了专题研究.结果表明,微波改性有助于提高活性炭对甲苯的吸附能力,温度越高性能提高越明 显;分析认为在微波和氮气作用下,活性炭孔道结构和表面官能团的变化是改性活性炭对甲苯吸附容量增加的主要原因.同时,微波加热均匀,整体式加热的特点使 得微波改性活性炭与传统热改性活性炭相比具有吸附容量大,孔道更发达等优势. 实验提出了两种新的解吸工艺:程序升温微波解吸和流化床微波解吸.结果表明,程序升温微波解吸可以明显提高能量利用率.在解吸温度300℃,载气线速 73.4 cm/s条件下,流化床解吸一般在7 min就可以达到90%的解吸率;由于解吸温度较低,该法采用空气作为载气可以节约高纯氮气,同时能耗还低于固定床大流量载气的情况.在流化床解吸过程中 出现了活性炭表面的弧光放电现象,这有利于直接将甲苯分解掉,也会使活性炭发生烧灼损失,但对实验结果的分析表明,这两种作用都不明显. 利用BP神经网络模拟这一新方法对微波解吸进行了程序模拟,对实测值和预测值进行了对比并进行了误差分析,证明该方法具有较高的应用价值.论文对微波解吸 过程进行了理论分析,提出了微波解吸过程的"三阶段"观点,并从解吸驱动力和解吸阻力两方面对微波解吸过程进行了理论分析. 研究最后阶段将微波解吸与催化燃烧这两种方法联合起来.结果表明,CuMnO_(x/γ)-Al_2O_3具有较高的甲苯催化活性.通过微波解吸—催化燃 烧实验,认为在解吸气体中加入空气来提供氧气的方法是可行的.载气与空气的体积流量比在1/1左右并采用400℃解吸是比较理想的方法.整个运行过程中总 体的净化效率都维持在90%以上,其中大部分时间达到95%以上.

改性炭电极材料在双电层电容器中的应用研究

超级电容器(学名电化学电容器)是介于电池与传统电容之间的一种新型储能装置,具有比功率高,循环性能好,使用寿命长等特点,目前已经成为储能研究领域中的热门课题之一.其储电原理有双电层电容和可逆氧化还原反应引起的法拉第赝电容,所以超级电容器分为双电层电容器和法拉第准电容器两大类,其性能的提高主要依靠超级电容器中电极材料的改进.由于多孔炭材料具有成本低,比表面积大,电化学性能好,物理化学性质稳定等特征,一直是制作双电层电容器电极的首选材料.然而,由于表面化学,孔径分布,表面湿润性等因素,炭材料的表面积并非全部都能形成双电层,即表面利用率低,因而,限制了炭基双电层电容器性能的提高. 本课题用化学法改性普通炭材料,改善炭材料的物理化学性质,提高炭表面的利用率,制备与研究高性能,低成本的双电层电容器电极材料;并在炭电极和超级电容器制作工艺上进行了研究.我们选取商品活性炭,活性炭纤维和炭化椰壳三种炭为原料,分别用"同步物理-化学活化法",双氧水氧化和过度金属盐修饰进行改性.用自动氮吸附仪,SEM等对电极材料进行了表征,用循环伏安,恒电流充放电,交流阻抗等电化学方法研究了改性电极材料构成的电容器性能,如:比电容量,内电阻,漏电流能等.取得了以下主要成果和结论:1.首先为保证所制模拟电容器的稳定性和测试结果重现性,进行了电容器制作工艺的研究.设计和定制了性能优异的模拟电容器模具,它具有装配快速简单,降低接触电阻,耐压性高和密封性,重复性好等特点,为后续的研究提供硬件保证. 2.通过KOH高温活化改性活性炭,比表面积和孔容有较大的提高,BET比表面积从原来的806m2/g增加到1168m2/g,提高了45;总孔容从0.411cm3/g增加到0.577cm3/g;微孔率略有提高,孔径分布变化不大. 3.制得KOH改性炭电极比电容高达到203.5F/g,比未改性的提高64,相对内阻低1.9Ωcm2.恒流充放电,循环伏安等研究结果表明改性活性炭材料具有比电容高,性能稳定,功率特性适合大电流放电,及优良的循环性等优点.值得一提是改性活性炭的体积和面积比电容从原来的67.9F/cm3和15.3μF/cm2显著提高到109.6F/cm3和17.4μF/cm2,使该材料更加具备实际应用价值. 4.研究发现比电容的大幅提高的贡献主要来自于孔径分布在1.40至2.78nm之间的超微孔和小中孔.我们推断,对于直径较小无机电解质(KOH)离子,孔径范围在微孔上限(supermicropore超微孔)和小中孔(略大于2nm)之间的炭表面有利于形成有效的双电层. 5.使用炭化椰壳为前驱体以氯化锌化学活化,可以制备适合双电层电容器用电极材料.制备炭材料均为以微孔为主,所构成的炭电极有良好的循环充放电性能以及较高库仑效率,比电容高达到251.4F/g.实验也证明,炭材料的电性能与比表面积不一定成正相关,最主要取决于材料的孔结构是否有利于形成双电层. 6.以双氧水为氧化剂对活性炭粉末和活性炭纤维进行改性,也取得比较好的效果.对原活性炭和活性炭纤维用浓度为10的双氧水改性效果最好,比电容从118F/g和155F/g分别增加到187.9F/g和201.8F/g;另外,用20的双氧水改性自制炭样,比电容高达300F/g以上(如此低比表面积的纯炭材料获得300F/g以上的比电容在文献报道中是很少见的).说明官能团对炭材料电性能提升的贡献不容忽视,炭材料的氧化改性工艺具有进一步研究的价值和意义. 7.通过浸渍法和掺杂法对活性炭负载金属离子或金属氧化物进行初步研究,发现改性效果总体上掺杂要优于浸渍法;添加Ni2+,Mn2+和Co3+的效果比Cu2+好,金属离子修饰改性后的炭材料比电容有显著提高,为深入研究金属氧化物-炭复合电极材料提供了实验基础和依据.

饮用水深度处理组合工艺技术

随着水体污染日益严重,水厂常规二级处理后的出水,在某种程度上已不能满足人们对水质的要 求.传统意义上采用的"混凝———沉淀———过滤———消毒"等处理工艺以去除水中的悬浮物,胶体颗粒物为主,相对受污染水源中溶解性有机物的去除能力则 明显不足,特别是加氯消毒后形成的"三致"物质及其前驱物更是常规处理方法所难以解决的.因此,在饮用水常规处理工艺基础上出现的深度处理技术,以去除水 中溶解性有机物和消毒副产物为目的的各工艺单元优化组合,有效提高和保证了饮用水水质.1,工艺流程2,主要设备和参数①臭氧发生机型号:威固牌,产量为 5g/h.②臭氧接触反应塔设计处理水量为2m3/h,罐体直径为300mm,高为3500mm,接触时间为6min.③活性炭采用颗粒椰壳型不定型炭, 活性炭罐的设计处理水量为10m3/h,罐体直径为500mm,高为2000mm,石英砂,炭层高度分别为300mm,1300mm,接触时间为 25min,滤速为3m/h,两两串联后并联使用.④纳滤膜采用美国海德能公司生产的高性能纳滤膜,型号为ES-NA1-4040,膜材质为芳香族聚酰 胺,膜面积7.9m2,水回收率为15%,产水量为8.0m3/d,平均脱盐率80%..⑤...

用于分离甲烷/氮气的高性能椰壳活性炭吸附剂及其制备方法

本发明公开了一种用于分离甲烷/氮气的高性能椰壳活性炭吸附剂及其制备方法.该制备方法包括如下步骤:将椰壳进行一次炭化;将经一次炭化后的椰壳磨粉得到炭粉;将炭粉与粘结剂和水混捏,经挤压成型,得到生料条;将生料条进行二次炭化得到炭化料;炭化料依次经浸渍改性和活化处理即得.本发明提供了果壳基柱状活性炭的制备方法,相较常规椰壳破碎炭,具有形状规则,压降小,强度高等优点,由于吸附分离中气流速度过快,有一定压力,且需要循环往复使用,柱状椰壳活性炭更加适用于变压吸附工艺中使用.相较碳分子筛采用酚醛树脂,本发明采用椰壳,在我国海南以及东南亚地区有大量原料来源,来源广泛,价格合理,更容易保证质量稳定和价格合理.

高性能活性炭净化滤芯及其制备方法

本发明公开了高性能活性炭净化滤芯,包括以下原料:椰壳活性炭70～80重量份,超高分子粘结剂10～15重量份,蛭石5～20重量份,沸石分子筛10～15重量份.本发明还公开了所述的高性能活性炭净化滤芯的制备方法,包括:步骤一,将上述重量份的椰壳活性炭,超高分子粘结剂,蛭石,沸石分子筛分别研磨,过筛至250～400目后,依次经混合搅拌1～2h,预加热至45～55℃,得到混合粉料;步骤二,混合粉料经挤出成型后冷却至室温,然后经裁切后,得到滤芯.本发明中超高分子粘结剂在预加热形成更好粘流态,与其他原料均匀混合,防止原料间形成分层现象,孔隙率高于60%,过滤效率在98.5%以上,除菌率达到99.1%.

高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用研究

以椰壳为原料,ZnCl2为活化剂,用同步物理-化学活化法制备五个活性炭样品.通过测定炭样品的氮吸附等温线,计算了活性炭的比表面和孔结构参数.用恒流充放电,循环伏安法等电化学方法研究了KOH为电解质,活性炭电极构成的硬币型双电层电容器的电容性能.结果显示,活性炭样品