水蒸气在浸渍活性炭上的吸附平衡

作者：郑超; 康凯; 周术元; 王馨博; 韩浩; 宋华^*; 白书培^*

来源：天津大学学报 (自然科学与工程技术版), 2021, 54(06): 617-626.

• 浸渍活性炭
• 水蒸气
• 吸附
• 孔容积
• 表面含氧官能团

浸渍活性炭(简称浸渍炭)是对特种有毒有害气体实施有效防护的关键材料,水蒸气在浸渍炭上的吸附平衡是研究浸渍炭在复杂环境下吸附防护性能的基础数据,对提高防护装备的使用效能具有重要意义.本文选取了两种浸渍炭(JZ-1、JZ-2)和制备上述浸渍炭的基炭(BC)3种碳材料,利用微重量真空蒸气吸附仪测试水蒸气在3种碳材料上的吸附/脱附曲线;利用傅里叶转换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪及催化微反应器-质谱仪表征3种碳材料表面的含氧官能团;最后利用Malhe吸附平衡模型对吸附数据进行拟合.结果表明:在基碳的表面浸渍活性组分改变了原有基碳的孔径分布,降低了比表面积,增加了表面的含氧官能团.水蒸气在碳材料上的吸附/脱附平衡受吸附材料的孔容和表面官能团的共同影响,在实验温度范围(293～313 K)内,孔容积决定高分压区水蒸气吸附容量,而表面含氧官能团决定低分压区水蒸气吸附容量.表面含氧官能团的增加是造成JZ-1、JZ-2滞后环不闭合的主要原因,羧基、羰基、羟基等亲水基团的浓度越高,在低分压区吸附水蒸气的量就越大,脱附平衡后残留水的量也就越多.在相同绝对压力(水蒸气浓度)下,温度越高,水蒸气吸附量越低.Malhe模型对BC吸附平衡数据的拟合效果较好,对JZ-1、JZ-2吸附平衡数据的拟合存在一定偏差.