活性炭对VOCs的吸附研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)是大气主要污染物之一,包括烃类化合物和芳香族化合物,如乙二醇和苯等.VOCs不仅导致温室效应,破坏臭氧层,而且当其浓度偏高时,会引起人体不适,严重时危及生命,因此如何有效地处理VOCs成为学术界和工业界的研究热点.目前,处理VOCs的技术众多,包括催化氧化等破坏性回收技术和吸附等可恢复性技术.相比于在回收过程中不可避免会产生有毒副产物的破坏性回收技术,吸附技术具有VOCs回收效率高、操作简单、能量消耗低等优点,因而被广泛应用.吸附技术的核心是吸附剂.活性炭因具有较高的比表面积、良好的孔道结构以及易于表面官能团改性等优点,被认为是一种具有潜力的VOCs吸附材料.但目前未经改性的活性炭通常比表面积小、表面官能团含量少、对VOCs的吸附能力和选择性较差且疏水能力差,极大地影响了其在潮湿环境中的应用.鉴于此,本文在介绍活性炭对VOCs吸附和脱附原理的基础上,从活性炭的物理结构和表面化学性质两个角度出发,重点介绍不同改性方法(物理改性、化学改性等)改性后的活性炭对VOCs吸附能力和选择性的影响,并对吸附饱和后活性炭的再生方法进行总结.本文旨在系统总结活性炭对VOCs的吸附、解吸和再生机理,以及活性炭改性技术的最新进展,为制备比表面积大、表面官能团丰富的工业化活性炭提供参考.     

VOCs传感器敏感膜材料及敏感机理研究进展

在有机挥发性气体(volatile organic compounds,VOCs)传感器中,对VOCs产生选择性吸附作用的敏感膜是至关重要的部分,传感器的响应效能取决于敏感膜的材料和制备方法。本文总结了用于VOCs传感器的有机聚合物材料、无机纳米材料、超分子材料和复合材料等不同结构类型的敏感膜材料,通过分析其化学组成、制备方法及结构特征,探讨并比较VOCs在各种敏感膜材料上的吸附性能及相互作用机制,特别介绍了近年发展起来的金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)材料在VOCs传感器中的应用及敏感机理。最后对敏感膜材料在VOCs传感器研发中面临的挑战及发展趋势进行了讨论和展望,包括传感器的灵敏度、交叉响应、寿命等性能问题,研发孔隙率高、比表面积大的敏感材料将有望解决这些挑战。     

新型SiO_2基微/介孔材料的合成及其对集成电路生产中VOCs废气的吸附研究

采用新型SiO2基微/介孔材料为吸附剂,针对集成电路(Integrated Ciruit,IC)产业中废气排放的特点,以丙酮、苯、甲苯为挥发性有机化合物(VOCs)的典型,进行了一系列吸附实验.用气相色谱定时测取VOCs获得动态穿透曲线,就各VOCs分别在SiO2基微/介孔材料、疏水沸石、活性炭3种吸附荆上的吸附以及SiO2基微/介孔材料对3种不同VOCs的吸附进行了研究,同时考察了水蒸汽脱附对该材料吸附性能的影响.实验结果显示,该吸附剂在对VOCs的吸附中较疏水沸石FX-I和活性炭有着明显的优势,主要表现在透过时间的延迟和传质区长度的缩短.     

挥发性有机污染物光催化降解催化剂的研究进展

随着工业的发展，挥发性有机污染物(VOCs)的治理迫在眉睫。在众多消除VOCs的方法中，光催化技术一直备受关注，它能够将VOCs催化氧化生成二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)等无污染产物，不会产生二次污染。但光催化剂存在电导率低、过电位高、光诱导电荷高复合以及带隙不匹配等缺点，从而抑制了光催化性能的提升，进而限制了其实际应用。因此，提高光催化剂的催化活性和选择性，并且清楚了解光催化机理至关重要。目前文献报道中光催化剂催化性能提升的方法包括掺杂、染料敏化、贵金属负载、半导体复合等，不同的方法实现了能带结构调控、缺陷调控、形貌调控等，旨在增强半导体中光生载流子的流动能力以及增加可见光吸收，进而提升光催化性能。本文将文献报道的光催化剂分类，从贵金属催化剂、非贵金属催化剂、非金属催化剂以及金属有机框架(MOFs)催化剂出发进行综述，分别论述了国内外不同种类催化剂去除VOCs的研究进展。不同种类光催化剂的研究进展为开发高效光催化剂奠定了基础。     

酸处理对MWCNTs石英晶振微天平VOCs传感器灵敏度的影响(英文)

为分析酸处理过程对石英晶振型碳纳米管(CNTs)有机(VOCs)气体传感器灵敏度的影响,制作了一种多壁碳纳米管(MWCNTs)石英晶振式VOCs传感器.发现酸处理可以明显提高传感器灵敏度,利用毛细凝聚原理与开尔文公式对上述实验现象进行了分析.另外,比较了传感器对不同有机气体(甲苯、乙醇和丙酮)的灵敏度,研究结果表明传感器灵敏度与气体饱和蒸汽压有关,同样,该实验现象可利用毛细凝聚原理与开尔文公式来解释.     

基于温度梯度的印刷机邻域VOCs的监测方法

目的在研究温度梯度对印刷机邻域VOCs特征参数影响的基础上,提出监测印刷机邻域VOCs的方案,达到有效控制印刷机邻域VOCs的目的。方法通过建立气流扩散过程的分子动力学模型,分析气体在边界条件下的扩散速度、质量浓度等参数变化特征。采用Fluent软件,模拟温度场、气流场等边界条件,对胶印机邻域VOCs气体扩散特征进行仿真分析。结合胶印印刷过程中VOCs的扩散机理及现场操作环境,检测并分析VOCs的扩散特征。结果温度梯度对VOCs排放速度、质量浓度等特征参数的变化有较大影响,理论分析与实验结果相吻合。结论在理论研究的基础上,提出了印刷过程中VOCs的监测及排放控制方法,为包装印刷行业VOCs的治理提供依据。     

多组分气体混合物在PDMS膜中渗透过程的模拟

近来,利用膜分离法进行可挥发性有机蒸汽(VOCs)的回收受到越来越广泛的关注.但是,对于多组分气体混合物,尤其是含有VOCs的多组分气体混合物在膜中的气体渗透过程的模型模拟则很少有人研究.因此,提出用MS与UNIQUAC的组合模型(MS-U)预测含有VOCs的多组分气体混合物在聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)中的渗透过程.与实验数据对比表明:模型对于含有VOCs的气体混合物在PDMS膜中的渗透过程有着很好的预测效果.模型对于多组分气体的预测结果表明:较低的操作温度,适中的进料压力和正戊烷组成,较小的正己烷组成有利于从石油气中回收正戊烷.     

WO_3掺杂NiO纳米材料的VOCs气敏性能

制备掺杂WO_3的NiO纳米粉体材料并测量了材料的VOCs气敏性能。XRD分析表明,WO_3掺杂使NiO粉体中出现新相NiWO_4。随着WO_3掺杂量增多,NiO的衍射峰半高宽明显宽化,WO_3掺杂抑制了热处理过程中NiO晶粒的长大。50×10~(-6)浓度二甲苯、甲醛、甲苯和乙醇等气体中的测量结果说明,WO_3掺杂明显提高了NiO材料的VOCs气体灵敏度,对二甲苯的最佳掺杂量是5%,最大灵敏度为26.4,响应时间4s;对甲醛的最佳掺杂量是10%,最大灵敏度是4.67,响应时间6s。     

介孔硅基分子筛吸附去除挥发性有机化合物的研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)的排放对生态环境和人体健康产生严重危害。作为VOCs处理的常用方法之一,吸附法因具有成本低、效率高且可回收和再利用等特点而受到广泛关注。介孔硅基分子筛具有高度有序的孔道结构、较大的比表面积和孔容以及孔道表面易于修饰等特点,十分适合作为VOCs的吸附材料,近年来引起研究者们的广泛关注。介孔分子筛中作为VOCs吸附剂的主要为M41S、SBA和HMS等硅基材料,研究表明,介孔硅基分子筛的吸附性能不仅与材料的孔道结构有关,还受分子筛的宏观形貌特征等因素的影响。对介孔分子筛进行引入微孔的结构改进,合成微-介复合结构材料,既能够提升吸附过程的扩散作用,又解决了分子筛孔结构单一的问题,能够达到提升材料吸附性能的同时增强其水热稳定性的目的。此外,就同一种分子筛的宏观形貌而言,其孔道结构越长,越有利于VOCs分子的扩散与吸附。然而,实际工业活动中的VOCs气体中往往会携带水分,由于纯介孔硅分子筛具有亲水性的特点,制约了其广泛应用。因此,近年来除探究介孔硅基分子筛的结构和形貌对VOCs吸附能力的影响外,研究者们主要对分子筛表面环境进行深入研究,通过接枝法和共缩合法等改性方式提升分子筛在潮湿条件下的吸附性能,并取得了长足的进展。本文归纳了近年来介孔硅基分子筛吸附脱除VOCs的研究成果与进展,分别对分子筛结构、形貌和表面环境等影响吸附性能的因素进行介绍,总结了吸附VOCs能力较强的介孔分子筛的特性,指出了吸附VOCs过程的局限性,重点讨论了疏水改性对分子筛吸附能力的提升,并对未来的研究工作进行了展望。     

TiO2基有机气体敏感元件的制备及性能研究

将多种金属氧化物掺入TiO2中,通过传统的陶瓷气敏传感器制备技术,制作了旁热式烧结型传感器,研究了这些传感器对有机挥发性气体(VOCs)的敏感特性。在不同浓度的甲醛、苯、丙酮和乙醇气氛中,测试了传感器的气敏特性。测试结果表明,添加In2O3、Cr2O3或SnO2能提高传感器对苯的灵敏度,添加In2O3或Cr2O3能提高传感器对丙酮的灵敏度,添加Cr2O3或SnO2的元件对甲醛气体较灵敏。此外,本文还研究了传感器陶瓷的烧结温度对传感器气敏特性的影响。     

Adsorptive removal of methyl orange and methylene blue from aqueous solution with a metal-organic framework material, iron terephthalate (MOF-235)

An iron terephthalate (MOF-235), one of the metal-organic frameworks (MOFs), has been used for the removal of harmful dyes (anionic dye methyl orange (MO) and cationic dye methylene blue (MB)) from contaminated water via adsorption. The adsorption capacities of MOF-235 are much higher than those of an activated carbon. The performance of MOF-235 having high adsorption capacity is remarkable because the MOF-235 does not adsorb nitrogen at liquid nitrogen temperature. Based on this study, MOFs, even if they do not adsorb gases, can be suggested as potential adsorbents to remove harmful materials in the liquid phase. Adsorption of MO and MB at various temperatures shows that the adsorption is a spontaneous and endothermic process and that the entropy increases (the driving force of the adsorption) with adsorption of MO and MB.     

全组分木质活性炭球的制备及其乙烯吸附性能研究

目的 制备全组分木质活性炭球,应用于乙烯吸附,筛选出乙烯吸附效果最好的活性炭球制备工艺。方法 以木材液化物为原料,探究不同的固化时间对制备的全组分木质活性炭球微观形貌的影响,利用场发射扫描电子显微镜观察其微观结构,通过氮气吸附-解析等温线计算样品孔径分布及其比表面积;使用气相色谱仪,结合乙烯吸附标准曲线,分析时间及吸附剂用量对4种活性炭球吸附乙烯性能的影响。结果 随着固化时间的增加,碳球表面趋于光滑、内部结构越来越致密,石墨化程度逐渐提高,比表面积和孔容逐渐减小。当固化时间为0.5 h时,比表面积高达2 073 m²/g,乙烯吸附量高达197.99 mg/g,约3 h达到吸附平衡。结论 全组分木质活性炭球能有效吸附乙烯气体,固化时间太长,活性炭球内部孔隙减少,不利于吸附乙烯气体。活性炭球孔容越大,乙烯吸附效果越好。     

功能性木质炭素新材料的研究与开发

木质炭化物的高效开发利厢．对解决废弃物资源化、环保、生态环境等问题将起到十分积极的作用。通过述评功能性本质炭索新材料的国内外研究和开发进展．涉及到木质炭素材料吸着特性的研究概况、木质炭化物在环境净化方面的应用、木质系炭素新材料的研发、性能和应用等方面一着重介绍了一些木质系炭素新材料：木陶瓷、木质吸油材料、高电导性材料、保健材料、土壤改良材料、二氧化钛／炭复合材料、烧结炭等：同时对其副产物木醋液的应用领域，如在食品添加剂、消臭剂、医药、农业等方面的应用也做了一些梗慨。由此町看出：木质炭化物新利用，高功能化的研发可使占老的木炭衍化为新颖的功能性材料，从而产生更高的经济、社会和生态效益。     

ACF的制备及其在VOCs回收中的应用进展

总结了活性炭纤维的制备工艺及发展趋势和前景,指出了活性炭纤维作为吸附剂的特点,如吸附容量大,吸附/解吸速率快等,并根据这些特点介绍了活性炭纤维目前的应用领域.挥发性有机废气危害性大,故详细地分析了活性炭纤维在挥发性有机废气回收中的应用,并指出此应用今后发展方向.     

Different solvents for the regeneration of the exhausted activated carbon used in the treatment of coking wastewater

The solvents n-pentane, methylene dichloride, ethyl ether and dodecylbenzenesulphonic acid sodium were used to regenerate exhausted activated carbon used in the process of treating coking wastewater, and the efficiency, ability, and optimum conditions of the different solvents on this regeneration were investigated. The results indicate that n-pentane could effectively remove refractory organic compounds in the coking wastewater adsorbed on the surface of activated carbon and could repeatedly regenerate the exhausted activated carbon to recover its adsorption activity. Under the conditions of a regeneration time of 20 min, a regeneration temperature of 25°C, an activated carbon drying time of 300 min, and an activated carbon drying temperature of 150°C, n-pentane had the best regeneration efficiency, at 98.27%, for exhausted activated carbon. Gas chromatography-mass spectrometry analysis results show that the nature of the activated carbon regenerated by organic solvents had no remarkable change in adsorption for the main types of organic compounds in coking wastewater. The good regenerative effect of n-pentane on the activated carbon may be due its stronger desorption of esters embedded within the internal structure of activated carbon.     

气凝胶在气体吸附净化中的应用研究进展

气凝胶(Aerogels)是一种以空气为介质的轻质多孔性凝聚态物质,由胶体粒子或高聚物分子相互聚集构成独特的纳米多孔三维网络结构。气凝胶的颗粒相和孔隙尺寸均为纳米量级,具有相当高的比表面积和孔隙率、可调控的开放孔隙结构、易于化学修饰的表面以及多样化的种类和形态,其气体吸附量可比同等条件下活性炭吸附量高两个数量级,因此在气体吸附净化领域逐渐受到人们的广泛关注。目前,气体吸附净化领域研究较多的气凝胶主要是SiO_2气凝胶和炭气凝胶。此外,近年来对金属氧化物气凝胶以及SiC气凝胶、石墨烯气凝胶、生物质基气凝胶等新型气凝胶的气体吸附应用也有相应的研究报道。吸附材料对目标气体需要同时具有较高的吸附容量和良好的选择性吸附能力。气凝胶的高比表面积和多孔性质提供了众多的吸附位点,但仅依靠自身物理吸附作用的吸附量有限,对目标气体的选择性不高,在实际吸附应用中,往往由于共存气体组分的竞争吸附影响对目标气体的吸附性能。因此,为了进一步提升气凝胶的吸附容量,提高对目标气体的选择性,研究人员围绕气凝胶修饰改性进行了大量的研究探索工作,并取得了一定的进展。目前,气凝胶吸附净化研究报道的目标气体主要是温室气体CO_2和大气中主要的污染物挥发性有机化合物(VOCs)。针对目标气体的不同可分别通过氨基功能化、氮掺杂等方法引入碱性位点或通过引入非极性官能团对气凝胶进行疏水改性,以提升气凝胶对CO_2或VOCs的吸附量和选择性。所采用的修饰改性方式主要有以下两种:一是在湿凝胶形成后或超临界干燥后通过嫁接、浸渍等手段对气凝胶表面进行功能化改性,通过引入特定的官能团或活性组分提升气凝胶对目标气体的吸附量和选择性;另一种是在溶胶-凝胶反应过程中引入功能化前驱体,在分子或纳米尺度上赋予气凝胶网络特定的性能,进而有效平衡活性组分稳定性和对目标气体的吸附性能。此外,对于炭气凝胶,还可通过活化进一步增大比表面积,改善孔隙结构和表面化学性质,从而实现对目标气体污染物吸附性能的优化。本文归纳了各类气凝胶在CO_2与VOCs吸附净化方面的研究进展,介绍了气凝胶的制备过程和结构特点,讨论并对比了不同气凝胶对目标气体的吸附性能与吸附机理,总结了当前气体吸附净化研究中对气凝胶进行修饰改性的主要方法,最后指出提高气凝胶的结构稳定性和吸附速率、设计可同时吸附多种目标气体的气凝胶、缩短制备周期并降低成本是未来研究工作的重点。     

Chromium(VI) adsorption from aqueous solution by Hevea Brasilinesis sawdust activated carbon

Adsorption capacity of Cr(VI) onto Hevea Brasilinesis (Rubber wood) sawdust activated carbon was investigated in a batch system by considering the effects of various parameters like contact time, initial concentration, pH and temperature. Cr(VI) removal is pH dependent and found to be maximum at pH 2.0. Increases in adsorption capacity with increase in temperature indicate that the adsorption reaction is endothermic. Based on this study, the thermodynamic parameters like standard Gibb's free energy (DeltaG degrees ), standard enthalpy (DeltaH degrees ) and standard entropy (DeltaS degrees ) were evaluated. Adsorption kinetics of Cr(VI) ions onto rubber wood sawdust activated carbon were analyzed by pseudo first-order and pseudo second-order models. Pseudo second-order model was found to explain the kinetics of Cr(VI) adsorption most effectively. Intraparticle diffusion studies at different temperatures show that the mechanism of adsorption is mainly dependent on diffusion. The rate of intraparticle diffusion, film diffusion coefficient and pore diffusion coefficient at various temperatures were evaluated. The Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm were used to describe the adsorption equilibrium studies of rubber wood sawdust activated carbon at different temperatures. Langmuir isotherm shows better fit than Freundlich and Temkin isotherm in the temperature range studied. The result shows that the rubber wood sawdust activated carbon can be efficiently used for the treatment of wastewaters containing chromium as a low cost alternative compared to commercial activated carbon and other adsorbents reported.     

Liquid phase adsorption of selected chloroaromatic compounds over metal organic frameworks

The adsorption behavior of selected chloroaromatic compounds (chlorobenzene, 2-chlorotoluene, 1,3-dichlorobenzene, and 2-chloroanisole) over metal organic frameworks (MOFs) of MIL-125, NH₂-MIL-125, UiO-66, MIL-101, and Cu₃(BTC)₂ were investigated. NH₂-MIL-125 showed the highest adsorption capacity at 0.1 M, whereas MIL-101 showed the highest adsorption at 1.0 M, which was significantly higher than that of activated carbon under the given conditions. The equilibrium adsorption and kinetics data could be fitted well by the Langmuir model and pseudo-second-order kinetic model, respectively. The adsorption of 2-chloroanisole over NH₂-MIL-125, MIL-101, and activated carbon was spontaneous and exothermic, and the randomness increased after adsorption. The adsorption rate constants increased with temperature and showed a dependence on the pore window size and surface functionality of the MOFs. NH₂-MIL-125 and MIL-101 showed a preference for 2-chloroanisole in a mixture with other chloroaromatic compounds. The surface area and microporosity of the MOFs appear to be major factors governing the adsorption capacity of 2-chloroanisole.     

Breakthrough of methyethylketone and benzene vapors in activated carbon fiber beds

The breakthrough of low concentration methyethylketone (MEK) and benzene vapors in beds packed with rayon-based activated carbon fiber (ACF) with different surface areas was investigated. The breakthrough characteristics depend on the properties of the ACF and the vapors, as well as on the adsorption conditions. The results of dynamic adsorption in an ACF bed were consistent with those of equilibrium adsorption by gravimetric methods. The breakthrough adsorption indicates that ACF, with an appropriate surface area, could be utilized in controlling volatile organic compounds (VOCs) in indoor air.     

Adsorption of selected volatile organic vapors on multiwall carbon nanotubes

Carbon nanotubes are expected to play an important role in sensing, pollution treatment and separation techniques. This study examines the adsorption behaviors of volatile organic compounds (VOCs), n-hexane, benzene, trichloroethylene and acetone on two multiwall carbon nanotubes (MWCNTs), CNT1 and CNT2. Among these VOCs, acetone exhibits the highest adsorption capacity. The highest adsorption enthalpies and desorption energies of acetone were also observed. The strong chemical interactions between acetone and both MWCNTs may be the result from chemisorption on the topological defects. The adsorption heats of trichloroethylene, benzene, and n-hexane are indicative of physisorption on the surfaces of both MWCNTs. CNT2 presents a higher adsorption capacity than CNT1 due to the existence of an exterior amorphous carbon layer on CNT2. The amorphous carbon enhances the adsorption capacity of organic chemicals on carbon nanotubes. The morphological and structure order of carbon nanotubes are the primary affects on the adsorption process of organic chemicals.