超高交联树脂吸附二氯乙烷的热效应及调控方法研究

【摘要】：VOCs气体在吸附材料上的吸附一般是放热过程,吸附放热会造成固定吸附床层内温度的升高,从而给吸附带来不利的影响,甚至带来安全隐患。超高交联吸附树脂具有较好的吸附、脱附性能,是用于VOCs吸附处理的重要吸附剂之一,但是对于VOCs固定床吸附过程中放热特性的研究未见报道。本文选择典型的VOCs-二氯乙烷作为吸附质,开展了不同进气条件下二氯乙烷的恒温和绝热吸附实验,通过在线监测绝热吸附过程的温度变化和比对两种条件下的穿透吸附参数,来阐明超高交联吸附树脂(NDA-150)吸附过程的热效应特性及其对吸附的影响,并开展了缓解吸附放热的几种调控方法研究。主要研究内容和结果如下：(1)超高交联吸附树脂NDA-150固定床吸附二氯乙烷的放热特性及对吸附影响研究。在绝热条件下,NDA-150固定床吸附二氯乙烷过程中温升明显。进气浓度是影响温升的一个主要因素,当进气浓度为200mg/L时,吸附过程最大温升达到50℃；在本文研究范围内,进气浓度与最高温升之间有很好的线性相关性(相关系数为0.96)。对比实验范围内三个不同进气浓度条件下的绝热和恒温吸附穿透数据,发现吸附放热对二氯乙烷吸附有明显的抑制作用,进气浓度越大,下降幅度越明显；当进气浓度分别为50mg/g, 100mg/g和200mg/g时,绝热穿透吸附量比恒温穿透吸附量分别下降了2.4%,17.0%和30.6%。(2)超高交联吸附树脂和大孔吸附树脂组合固定床吸附二氯乙烷的放热特性及对吸附影响研究。为了研究超高交联吸附树脂和大孔吸附树脂组合固定床吸附过程的热效应,开展了两种树脂在上下混合,逐层混合,完全混合三中不同的装填组合方式条件下的动态吸附实验。研究发现,在吸附过程中NDA-1800树脂吸附放热少,床层温升低,可以缓解其周围NDA-150树脂由于高温传导带来的温升,所以距离靠近NDA-1800树脂的NDA-150树脂温升要低于无NDA-1800树脂组合条件下的NDA-150树脂温升。随着两种树脂混合越均匀,对热效应的缓解作用就越大,当装填条件依次为上下堆放、逐层堆放、全混合堆时,吸附过程的最高温升分别为40.6℃、40.1℃、37.6℃；穿透吸附量依次为260mg/g、285mg/g,305mg/g,吸附速率常数分别为0.119 min-1 0.122 min-1、0.134min-1。组合树脂在全混合装填条件下相比于单一NDA-150树脂,吸附过程最高温升明显下降,由50.0℃下降至37.6℃,下降了24.8%,但是由于大孔树脂对该进气浓度下的二氯乙烷的吸附量低于超高交联树脂,所以组合树脂的整体穿透吸附量相比于单一NDA-150树脂有所下降,由445mg/g下降至305mg/g,下降了34.5%。(3)超高交联吸附树脂的初始含水量对吸附二氯乙烷的放热特性及对吸附影响的研究。为了研究初始含水率对吸附过程热效应的影响,开展了不同初始含水率的超高交联树脂NDA-150绝热吸附二氯乙烷的实验。当初始含水率分别为0%、9.1%、16.7%、23.1%、28.6%和33.3%时,吸附过程的最高温升分别为45.7℃,18.2℃,12.2℃,7.3℃,4.8℃和5.4℃。这可能是由于水与吸附树脂之间的作用力要弱于吸附树脂与二氯乙烷之间的作用力,吸附过程中孔道内的水会逐渐被二氯乙烷替换,即水被脱附需吸收一定热量,而且部分水在吸附过程中的蒸发,也会吸热,从而对吸附过程的放热起到一定的减缓作用。通过Yoon-Nelson方程对吸附穿透曲线进行拟合,发现随含水量的增加,树脂的穿透吸附量和吸附速率常数均呈现先增加后减少的变化规律,其中含水率为16.7%时的吸附速率常数最高(0.254min-1),含水率为23.1%时的穿透吸附量最高(600mg/g)。这表明初始含水在吸附过程中除了对树脂的吸附放热起到一定的缓解作用之外,同时也占据了树脂表面部分吸附位点,过高的含水量会对二氯乙烷的吸附产生阻碍作用。 【关键词】：吸附热效应 超高交联吸附树脂 二氯乙烷 穿透曲线
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X701;O647.3
【目录】：

• 第一章 绪论13-25
• 1.1 研究背景和意义13-14
• 1.2 文献综述14-23
• 1.2.1 吸附热14-15
• 1.2.2 活性炭吸附过程热效应的研究现状15-20
• 1.2.3 水(或湿度)对吸附热效应及吸附的影响20-23
• 1.3 本论文的研究目的、研究内容以及技术路线23-25
• 1.3.1 研究目的23-24
• 1.3.2 研究内容24
• 1.3.3 技术路线24-25
• 第二章 实验装置及材料25-32
• 2.1 实验试剂和仪器25-27
• 2.1.1 试剂和材料25-27
• 2.1.2 仪器27
• 2.2 实验方法27-32
• 2.2.1 树脂预处理27-28
• 2.2.2 固定床穿透吸附实验装置28-30
• 2.2.3 吸附平衡实验装置30-32
• 第三章 超高交联树脂吸附二氯乙烷的热效应及对吸附的影响32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 实验方法32-33
• 3.3 实验结果与讨论33-41
• 3.3.1 绝热吸附过程温升变化33-38
• 3.3.2 吸附热对吸附的影响38-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 超高交联和大孔吸附树脂的组合对吸附热效应的缓解作用43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 实验方法43-45
• 4.2.1 平衡吸附实验43-44
• 4.2.2 不同比例组合树脂的绝热吸附实验44
• 4.2.3 组合树脂不同装填方式44-45
• 4.2.4 不同装填方式的组合树脂绝热吸附实验45
• 4.3 实验结果与讨论45-57
• 4.3.1 大孔树脂和超高交联树脂的等量吸附焓比较45-50
• 4.3.2 组合树脂对吸附过程热效应的影响50-52
• 4.3.3 组合树脂不同装填方式对吸附过程热效应的影响52-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 树脂的初始含水量对吸附热效应及吸附的影响59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 实验方法59-60
• 5.2.1 不同含水率树脂的准备59-60
• 5.2.2 含水树脂的动态吸附实验条件60
• 5.3 实验结果与讨论60-68
• 5.3.1 树脂初始含水量对吸附温升的影响60-64
• 5.3.2 树脂初始含水率对二氯乙烷吸附穿透特性的影响64-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-76
• 附录 攻读硕士学位期间主要科研成果76-77
• 致谢77-78

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