本文在前人的研究基础上,用活性炭为吸附剂,在以下五个不同角度对活性炭脱除苯系物进行了研究和工程应用,主要内容如下: 一、活性炭脱除惰性气体和二氧化碳中苯系物的研究 首先通过惰性气体中的苯系物的脱除过程,对活性炭进行筛选,选出的活性炭应用于二氧化碳气体中脱除苯系物的研究。详细考察了吸附压力、流量、温度等因素对脱除苯的影响。实验研究表明:由于苯分子的动力学直径略小于果壳活性炭的主要孔径,吸附时在孔内会发生毛细凝聚作用,果壳活性炭对苯的吸附容量大。在二氧化碳气氛中,一些二氧化碳被活性炭表面吸附,占用了一部分孔道,减少了对苯的吸收。实验表明, 高压、低温有利于增加吸附容量。 二、改性活性炭脱除苯系物的研究 本文使用两种方法对活性炭改性,一是进行酸、碱改性处理, 溶去活性炭中的酸、碱可溶物质提高吸附量;二是负载过渡金属盐离子,改变活性炭表面的化学环境来增大活性炭吸附容量。实验结果表明:第一种改性方法,经过10%的酸、碱交替处理,浸渍时间9小时,活性炭对苯的吸附容量最为理想;第二种方法是在第一种改性的基础上,活性炭经过0.2mol/L的Fe²⁺离子溶液浸渍24小时,对苯的吸附性能大大增强。 三、脱苯系物活性炭的再生方法研究 本文针对适用于工业化生产的活性炭加热气体再生法进行了深入研究,详细考察了吸附压力、流量、温度等因素对脱除苯的影响。实验研究表明:低压、高温有利于脱除活性碳孔道中的苯,工业生产中考虑到易操作性采用常压再生,再生温度250℃,再生时间可控制在120分钟,满足工业化连续生产要求。实际生产中,再生过程需要使用大量气体,采用二氧化碳做为再生气体,满足了生产和经济上的需求。 四、中试装置设计及实验 以实验室数据为依据,结合生产实际情况,设计组装一套中试实验装置,对吸附剂的综合性能和操作参数进行全方位评价及优化。经过中试实验过程,为工业大装置工艺设计和操作奠定了基础。 五、工程设计及经济分析 实际工程应用及经济分析表明,用改性后的活性炭脱除二氧化碳中的低浓度苯,可以达到国家食品级二氧化碳标准,创造出很大的经济和环保效益。