应用超临界温度氢吸附数据表征活性炭结构

为准确研究氢在活性炭上的吸附平衡,本文对比分析了由氮和氢在活性炭上吸附数据确定的活性炭的孔径分布(PSD)。首先,应用容积法,在0～12.5MPa压力范围、3个温度(113.15K、193.15K、273.15K)下测定氢在K05活性炭上的吸附平衡数据,并由引入系统内氢的质量衡算确定吸附池内氢的总量。其次,以77K氮吸附数据确定的PSD为初值、以吸附池内氢的总量为基准,通过优化非局域密度泛函理论(NDFT)计算值确定活性炭的PSD,进而比较表征介质、温度及平衡压力对PSD的影响。研究表明,应用氢吸附数据表征孔宽小于0.8nm的超细微孔的微分容积较大;平衡压力较高时,由不同温度氢吸附数据确定的超细微孔的PSD相近;孔宽大于1.2nm时,不同温度氢吸附数据确定的PSD间有明显偏差。须应用超临界温度高压氢或氢在亚临界温度区域的吸附数据,同时结合77K氮吸附等温线来表征吸附剂在超细微孔和微孔范围的PSD。     

吸附树脂和活性炭对气体中苯的吸附研究

采用了动态吸附实验方法研究了吸附树脂NDA-201和椰壳型活性炭C1对苯蒸汽的吸附行为.对吸附平衡数据采用Dubinill-Astakov方程进行了拟合分析,并根据吸附剂孔结构特征探讨了吸附机理.实验结果表明,两种吸附剂的苯吸附等温线存在交叉现象,对高浓度苯蒸汽吸附治理可采用NDA-201树脂,低浓度则采用椰壳型活性炭C1;Dubinin-Astakov方程能用来对两种吸附剂的等温线进行拟合,表明吸附剂的微孔区域对吸附起着重要作用.微孔体积计算值的比较和特征曲线叠合的程度说明了.Polanyi吸附势理论更适合于描述椰壳型活性炭C1对苯的吸附,这可能是由于椰壳型活性炭C1的孔分布集中于微孔区,而NDA-201树脂除了微孔外还有一定量的中孔和大孔.     

活性炭吸附CO2与其微孔体积的关系

对五种活性炭样品进行液氮温度下的N2吸附、碘吸附测定和冰点下的CO2吸附表征。结果表明,碘吸附值测定法和基于N2吸附等温线的BET方程、D-R方程,孔结构参数都不能正确反映活性炭对CO2的吸附特性;由CO2吸附等温线得到的D A模型参数也不适合分析活性炭吸附CO2特性;CO2吸附等温线的密度泛函理论（DFT）分析结果表明,CO2在活性炭上的吸附发生在极微孔内,DFT分析的微孔孔容与吸附等温线反映的吸附性能完全一致。因此,根据CO2吸附等温线的DFT模型是准确反映活性炭吸附CO2特性的表征分析方法。     

活性炭纤维对挥发性有机物的吸附及其等温线的拟合

空气中挥发性有机化合物（VOC）严重危害人的身体健康,因而研究VOC的去除具有重要意义。本文研究了不同比表面积粘胶基活性炭纤维（ACF）对低浓度VOC,丁酮和苯的吸附,并用Freundilch方程和DR方程对吸附等温线进行了拟合。结果表明：当丁酮的浓度高于100ppm时,比表面积高的ACF吸附容量高;当浓度低于100ppm时,情形正好相反。在实验浓度范围,较高比表面积的活性炭纤维对苯的吸附表现出了较高的吸附容量。Freundlich方程和DR方程能很好地拟合吸附等温线。     

用密度函数理论和杜比宁方程研究活性炭纤维多段充填机理

本文运用密度函数理论（DFT）和杜比宁方程分别对活性炭纤维（ACF）的氮吸附等温线进行解析，经过两种解析结果的对比，验证了ACF上的多段充填机理，提出与各吸附段相对应的孔径范围，并讨论了各吸附段的吸附分压。在此基础上，比较了不同原料ACF的不同孔径结构对其多段吸附的决定作用。     

改性活性炭对水中Cr~(6+)的吸附热力学研究

研究了柠檬酸改性活性炭对含铬废水的吸附过程,考察了反应温度和活性炭用量对吸附效果的影响,结果表明吸附等温线符合Linear方程;分析了Cr6+在改性活性炭上的吸附热力学行为和改性活性炭的分形维数值,热力学参数ΔGθ,ΔHθ为负值,说明该吸附是一个自发的放热过程。分形维数D的增加,可以从分形理论角度解释柠檬酸改性活性炭提高Cr6+吸附率的原因。     

吸附等温线的插值方法的研究

关于用函数形式确切地描述吸附等温线已有不少研究.沈中和等认为,难于找到适合各种形状吸附等温线的理想函数形式,建议采用线性插值.但线性插值显然会使计算结果带来额外偏差.Buchner等和Zingales等曾提出用函数平滑或拟合整个吸附等温线,但此法受所选函数形式的限制并存在拟合误差,无法如实描绘某些吸附等     

超临界甲烷在高表面活性炭上的吸附测量及其理论分析

实验测定了0～10 MPa,233～333 K (20 K间隔)范围内超临界甲烷在高表面活性炭上的吸/脱附等温线,确定了此物理吸附过程的可逆性,并从实验数据计算出吸附热为16.5 kJ/mol.　建立了描述具有最大点的吸附等温线模型,其总体偏差为±2%.　模型保持了特征吸附能恒定的性质,方程指数亦反映了吸附剂的微孔分布特征,模型参数给出了超临界甲烷的吸附相密度.　将超临界吸附极限态引入等温线模型中,经典的吸附理论亦可解释超临界吸附现象.     

沥青基球形活性炭对葡萄糖分子的吸附行为研究

考察了沥青基球形活性炭(PSAC)对葡萄糖分子的吸附行为,以探讨其治疗糖尿病的可能性.在不同吸附时间、不同活性炭用量及不同浓度等条件下,测定沥青基球形活性炭对葡萄糖分子的吸附量,根据Langmuir和Freundlich等温线方程对吸附等温线数据进行拟合,检验实验数据与方程的吻合度,确定方程参数.同时,研究了葡萄糖和α-淀粉酶在沥青基球形活性炭上的竞争吸附行为.结果表明,所选用沥青基球形活性炭对葡萄糖分子的吸附在5h内达到吸附平衡;葡萄糖的初始浓度为3g/时,平衡吸附量为71mg/g;平衡吸附量受葡萄糖分子空间构象的影响,且随葡萄糖浓度的升高而增加,吸附等温线数据与Langmuir方程吻合,说明该吸附为单分子层吸附.在葡萄糖分子和α-淀粉酶的共存环境下,沥青基球形活性炭对葡萄糖有较好的吸附选择性.     

通过密度函数理论表征炭质吸附剂的孔径分布

通过密度函数理论（DFT-DensityFunctionalTheory）对炭质吸附剂的孔径分布进行了表征。该法以多孔固体上N2吸附分子模型为依据，用一种方法对多孔固体的孔径分布从微孔到大孔范围进行确定。本文用该法对自制的聚丙烯腈活性炭纤维、国产煤质活性炭及日本产活性炭微球等六种炭质吸附剂的孔径分布进行了表征。     

甲烷在特制活性炭上吸附性能

用不同的原料制得了多种高比表面的活性炭吸附剂．用标准容积法测得高压下（０～５０ＭＰａ）不同活性炭对甲烷的吸脱附等温线,得到了吸附容量和有效吸附容量．研究了温度对吸附等温线的影响．利用ＣｌａｕｓｉｕｓＣｌａｐｅｙｒｏｎ方程解析了甲烷在活性炭上的等量吸附热．结果表明,活性炭对甲烷的吸脱附存在着滞后现象,活性炭的比表面和堆密度是活性炭吸附性能的主要指标,找到了最佳甲烷吸附剂．     

苯基键合活性炭的制备及对苯的吸附特性

以核桃壳为原料,氢氧化钾作活化剂制备了高比表面积活性炭,使用苯基三甲氧基硅烷对其进行表面改性,得到苯基键合活性炭。通过氮气吸附法测定了活性炭的比表面积及孔隙结构,使用X射线光电子能谱表征测定了苯基键合活性炭的表面结构及碳元素含量。采用Langmuir热力学方程、Freundlich热力学方程、Lagergren准一级、准二级动力学方程及D-R方程对苯基键合活性炭对苯的吸附等温线进行了拟合。考察了温度和采气流速对吸附效率的影响。结果表明,苯基键合活性炭的孔隙主要为微孔,比表面积达2800 m~2·g~(-1);苯基键合活性炭对苯的吸附符合Langmuir等温吸附模型和Lagergren准一级动力学方程,饱和吸附量为713. 89 mg·g~(-1),苯的特征吸附能为23. 495 kJ·mol~(-1);增加温度或采气流速均使活性炭对苯的吸附量减少。     

分子连接性指数与溶液吸附自由能的相关性

测定了硅胶自四氯化碳中吸附脂肪醇及活性炭自水中吸附芳香化合物的吸附等温线, 等温线均可用Langmuir方程描述。利用Langmuir参数计算了各体系的吸附标准自由能变化。计算了各种吸附质的分子连接性指数。各种分子的分子连接性指数与吸附标准自由能变化间有相关性, 并给出了相关方程, 同时作了初步的讨论。     

若干吸附理论对在ZSM-5沸石上吸附的适用性

测定了饱和烃和不饱和烃分子在一价阳离子交换型ZSM-5沸石分子筛上的吸附等温线。探讨了微孔体积填充理论、Wilkins方程和Langmuir吸附理论对以上吸附体系的适用性;测得的吸附等温线用最小二乘法和解线性方程组借助电子计算机进行拟合得出相应的回归方程。实验结果表明,Langmuir吸附理论能较好地描述环己烷在氢型和碱金属阳离子交换型ZSM-5沸石上的吸附体系,计算出的极限吸附量a_o值与实验值相符,但对其他体系未得满意结果:二常数的Wilkins方程可用于求算吸附体系的初始吸附热,并能较好地描述等温线的低压部分;与以上各理论比较,微孔体积填充理论能更满意地表征我们所研究的吸附体系,籍以计算了极限吸附量a_o,分布级数n和特征吸附功E值三个物理常数,并为一价阳离子交换型ZSM-5沸石上对苯和环己烷等分子的吸附作用主要是色散力作用提供有力依据。     

氧化锆-活性炭纤维复合材料的制备及其对F-吸附性能

采用水热合成法成功制备了氧化锆-活性炭纤维复合材料,并研究了其对F^-的吸附行为。表征结果表明,复合材料中氧化锆粒子成功负载于活性炭纤维上。吸附实验结果表明,负载了氧化锆的活性炭纤维对F^-有高效的去除效率,其吸附机理包括离子交换和静电作用力,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模式,吸附动力学可用拟二级动力学模型拟合。吸附量随着溶液pH的升高而降低,共存离子Cl^-、NO₃^-和SO₄^2-对F^-在氧化锆-活性炭纤维复合材料上的吸附几乎没有影响。     

Stockmayer流体在活性炭孔中的吸附的分子模拟

应用巨正则系综monteCarlo方法模拟Stockmayer流体[以一氯二氟甲烷(R22)为代表]在活性炭孔中的吸附。模拟中R22分子采用等效Stockmayer势能模型,狭缝碳孔墙采用10-4-3模型。通过模拟得到了最佳孔径,并在最佳孔径下,针对不同的主体压力及活性基团密度,得到了吸附等温线、孔中流体的局部密度分布图和较为直观的孔内流体分子的瞬时构象,分析了吸附等温线的特征及孔内流体的吸附结构,认为在0.0,1.0sites/nm^2的活性基团密度下的碳孔内分别发生物理及化学吸附,并确定了最佳操作压力,为工业设计合适的催化剂提供依据。     

氧化锆-活性炭纤维复合材料的制备及其对F-吸附性能

采用水热合成法成功制备了氧化锆-活性炭纤维复合材料,并研究了其对F^-的吸附行为.表征结果表明,复合材料中氧化锆粒子成功负载于活性炭纤维上.吸附实验结果表明,负载了氧化锆的活性炭纤维对F^-有高效的去除效率,其吸附机理包括离子交换和静电作用力,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模式,吸附动力学可用拟二级动力学模型拟合.吸附量随着溶液pH的升高而降低,共存离子Cl^-、NO₃^-和SO₄^2-对F^-在氧化锆-活性炭纤维复合材料上的吸附几乎没有影响.     

枣核活性炭对罗丹明B吸附性能的研究

采用ZnCl_2活化法制备了枣核活性炭,研究了枣核活性炭对罗丹明B的吸附性能。采用低温氮气吸附脱附、FT-IR等方法对活性炭进行表征,结果显示,活性炭是中孔结构,中孔容为0.92cm~3/g,平均孔径为3.1 7nm,BET比表面积达1223.25m~2/g。研究了溶液初始浓度、吸附时间和活性炭质量浓度等因素对平衡吸附量的影响,以及罗丹明B在枣核活性炭上的吸附平衡与动力学。通过Langmuir等6种吸附等温模型对吸附数据进行拟合,结果表明,Redlich-Peterson模型能较好地描述罗丹明B在活性炭上的吸附平衡;动力学研究表明,该吸附过程符合Elovich模型。     

巨正则系综Monte Carlo模拟方法确定活性炭的微孔尺寸

根据299K下甲烷在活性炭中的吸附实验数据,通过调节狭缝微孔的孔宽参数,利用巨正则系综MonteCarlo(GCEMC)方法得到不同孔宽下流体的微观结构以及吸附等温线.比较并拟合模拟结果和实验数据,确定了活性炭微孔的平均孔宽,为下一步求解微孔尺寸分布以及为预测吸附剂在不同温度下吸附不同吸附质分子时的吸附性能提供了基础与指导.模拟中,甲烷分子采用单点Lennard-Jones球型分子模型,活性炭用狭缝孔来近似表征,流体分子与单个狭缝墙的相互作用采用著名的Steele的10－4-3势能模型.模拟表明,此方法为考察介孔材料的微孔分布以及微孔平均孔宽提供了新的思路.     

超声场下苯酚吸附相平衡和均相催化剂氧化降解实验研究

测定了常规条件和超声场条件下苯酚在活性炭上的吸附等温线,并研究了超声再生活性炭和均相催化剂氧化降解苯酚实验.研究结果表明,超声场作用下苯酚在活性炭上的吸附等温线降低,平衡吸附量减少,被脱附下来的苯酚及时被Cu2 和Fe3 型催化剂氧化降解,吸附剂得到更彻底再生,避免了二次污染,而且再生后的活性炭均具有较高的二次吸附能力,对于处理低浓度含酚废水具有实际意义.