木質(zhì)素基活性碳纖維的制備及其吸附性能的研究.pdf

1、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(wèn)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(duì)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(guò)控制紡絲過(guò)程中天氣因素（空氣濕度）和原料比例，

2、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(guò)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(zhǎng)，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(duì)制備得到的活性碳纖維相關(guān)特性的影響

3、，三種活化方法對(duì)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(duì)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

4、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(guò)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(duì)甲苯吸附符合準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)甲醇的吸附與Werber-Morris模型具有較好的擬合效果，對(duì)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

5、態(tài)氣相條件下甲醇和甲苯的吸附等溫線(xiàn)與Freundlich模型具有更好的擬合度，丙酮的吸附等溫線(xiàn)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(duì)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(xiàn)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

6、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(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)吸附的現(xiàn)象在多組分吸附過(guò)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(shì)。
　　此外，本論文研究了水蒸氣對(duì)ACFK吸附VOCs的影響。ACFK對(duì)水蒸氣的飽和吸附量隨著相對(duì)濕度的增大而增加，動(dòng)態(tài)吸