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蜂窝活性炭的吸附性能

导读:蜂窝活性炭 的吸附性能主要取决于它的几个主要材料参数和过程参数。材料参数包括炭的吸附孔隙率、蜂窝结构的壁厚和炭的含量;过程参数包括流体流速、吸附质的浓度、吸附能(吸附能取决于碳结构和吸附质的特征如分子量)。穿透曲线是表征材料吸附性能的主要性能

蜂窝活性炭的吸附性能主要取决于它的几个主要材料参数和过程参数。材料参数包括炭的吸附孔隙率、蜂窝结构的壁厚和炭的含量;过程参数包括流体流速、吸附质的浓度、吸附能(吸附能取决于碳结构和吸附质的特征如分子量)。穿透曲线是表征材料吸附性能的主要性能之一,是吸附前后吸附质浓度比值随时间变化的一个函数。此比值达到0.95时,所吸附的吸附质的总量就称为穿透容量。穿透容量取决于流体流速、吸附质浓度和蜂窝炭组分含量等因素。

对于蜂窝状活性炭宏观结构来说,壁厚是一个非常重要的参数,提高它蜂窝活性炭的吸附效率可以通过调整其壁厚。在孔隙率相同的情况下,壁厚增加,则单位体积蜂窝的炭含量也随之增加,从而可以提高吸附容量。这是由于壁厚增加,蜂窝中流体通道的截面积减少,这样真实的表面或体积流速也会增加。同时,也会提高吸附质与炭之间的接触效率,这两者之间存在一个平衡关系。在给定的条件下,这个平衡关系将决定吸附增加还是减少。如果吸附质以较高的扩散速度扩散到蜂窝壁的内部,由此空出来的吸附位又可连续吸附, 因此厚壁蜂窝应该具有更好的吸附效率和吸附容量。

研究发现:用组分和胞密度相同,但壁厚分别取0.19mm和0.29mm的蜂窝炭作了吸附实验, 吸附质为浓度为80ppm的丁烷、甲苯。结果发现,壁厚的蜂窝活性炭的吸附性能明显优于壁薄的蜂窝活性炭,壁厚的蜂窝活性炭的穿透容量为185mg,而壁薄的蜂窝活性炭的穿透容量仅为壁厚的2/3左右。

对于蜂窝活性炭的微观结构而言,微孔的数目是一个比较重要的参数。蜂窝活性炭的吸附是由于孔隙表面上存在着一定的附着点,但并不是吸附分子与吸附点的一对一方式进行吸附,而是吸附分子从吸附力强的、直径小的空隙即微孔开始,逐渐地向直径大的空隙填充,直至所有空隙都充满吸附质,变成饱和吸附状态为止。一般认为,在吸附过程中,起主要作用的是微孔(孔径小于2nm)。微孔对气体的吸附作用可分为三步:首先是低压下对应孔壁吸附力的相互交叠作用而产生强烈的吸附作用;其次是由于微孔网状结构内部收缩而引起的分子扩散效应;后是对分子大小和形状的选择性,优先吸附单分子物质。在调整蜂窝活性炭结构的时候,壁上的微孔孔隙率是一个重要的考虑因素。蜂窝炭微孔孔隙率可以在10%-70%调整,但需要通过调整蜂窝活性炭的成分。

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