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油學(xué)報(bào)( 油加工)
ACTA PETROLEI SINICA(PETROI EUM PROCESSING SECTION)
文章編號:1001-8719(2008)04 0484 04
第24卷第4期
苯在活性炭纖維上吸附等溫線的測定及分析
胡祖美,張 艷,王金渠,王勝強(qiáng)
(大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連11 6012)
摘要:采用質(zhì)量法在Cahn一2000高真空電子天平上測定了溫度298~328 K和壓力O~1.5 kPa條件下苯在活性炭纖
維上的吸附等溫線。用Langmuir方程處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到的吸附模型符合Langmuir模型,并根據(jù)吸附等溫線用
Clausius—Clapeyron方程計(jì)算出苯的等量吸附熱。結(jié)果表明,苯的等量吸附熱隨著吸附量的增加而減小,由vant
Hoff方程計(jì)算苯在活性炭纖維上的平均吸附熱為39.79 kJ mol。 關(guān)
鍵
詞:苯;活性炭纖維;吸附;等溫線;吸附熱
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
中圖分類號:0643.36
MEASUREMENT AND ANALYSIS OF ADSORPTION
ISoTHERMS oF BENZENE oN ACTIVATED CARBoN FIBRE
HU Zu mei,ZHANG Yan,WANG Jin—qu,WANG Sheng qiang
(State Key Laboratory of Fine Chemicals.Dalian University of Technology,Dalian 11601 2,China)
Abstract:Adsorption isotherms of benzene on activated carbon fibre were measured under 298—328 K
and 0——1.995 kPa by gravimetric methods using a Cahn 2000 electrobalance.Experiment data were
treated by Langmuir equation commendably to got an adsorption model fitting tO Langmuir mode1.
The isosteric adsorption heat of benzene WaS calculated by using Clausius—Clapeyron equation
according tO the adsorption isotherms.It was proved that the isosteric adsorption heat of benzene
decreased with the increase of adsorption capacity.The average adsorption heat of benzene on
activated carbon fibre was 39.79 kJ/mol calculated by vant Hoff equation.
Key words:benzene;activated carbon fiber;adsorption;isotherm;heat of adsorption
在有機(jī)化工生產(chǎn)過程中會排放大量的有機(jī)廢氣,
其中含苯廢氣的排放非常多見。對于含苯廢氣的處
理,工業(yè)上多采用顆粒活性炭吸附的方法,一 般在
普通固定單層吸附裝置中進(jìn)行 一,但吸附回收率
低。活性炭纖維對有機(jī)氣體吸附效率高,吸、脫附
速率快,可再生循環(huán)使用,且易加工成任何形狀,
有廣闊的應(yīng)用前景,是一種比較理想的環(huán)保材料一 。
河北中環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司利用活性炭纖維連續(xù)吸
附裝置處理含苯廢氣,使苯的吸附效茶葉排名前十名 率達(dá)97 以
上 。
般來說吸附過程都是放熱的,在連續(xù)吸附操作時,
如果熱量得不到及時散失,就會使吸附劑溫度升高,
從而降低吸附容量,因此,研究苯在活性炭纖維上 的吸附熱有重要的實(shí)用意義。有關(guān)苯在吸附劑上的
吸附熱的文獻(xiàn)報(bào)道很少。筆者測定了不同溫度下苯
在活性炭纖維上的吸附等溫線,并根據(jù)吸附等溫線
用Clausius—Clapeyron方程計(jì)算得到苯的等量吸附
熱,由vant Hoff方程計(jì)算出平均吸附熱。
1 實(shí)驗(yàn)部分
采用質(zhì)量法在Cahn一2000高真空電子天平上測
在吸附過程中熱效應(yīng)對于吸附有重要影響。一
收稿日期:2007 07—23
通訊聯(lián)系人:王金渠,Tel:0,i11-83653220;E—II18
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第4期 苯在活性炭纖維上吸附等溫線的測定及分析 485
定苯在黏膠基活性炭纖維上的吸附等溫線,實(shí)驗(yàn)裝
置見文獻(xiàn)[5]。在系統(tǒng)抽真空的同時,加熱活性炭纖
維,使吸附其上的物質(zhì)脫附;脫附結(jié)束后注入苯蒸
汽,控制一定壓力,待吸附平衡后,讀出吸附壓力 和吸附劑質(zhì)量;改變吸附壓力重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),得到
不同壓力下苯蒸汽在活性炭纖維上的平衡吸附量。
實(shí)驗(yàn)中,平衡溫度的變化范圍為298~328 K,問隔李煜代表作
為1O K。吸附壓力的變化范圍為O~1.5 kPa。
實(shí)驗(yàn)所用的黏膠基活性炭纖維為吉林遼源活性 炭纖維廠產(chǎn)品,比表面積為1000 m /g。實(shí)驗(yàn)所用
苯為沈陽試劑一廠產(chǎn)品,分析純。
2結(jié)果與討論
2.1吸附等溫線
分別在298、308、318和328 K下測量苯在活
性炭纖維上的吸附量,繪出的吸附等溫線如圖1所
示。由圖1可知,苯在活性炭纖維上的吸附等溫線 為I型等溫線;隨著吸附溫度的升高,苯在活性炭
纖維上的平衡吸附量下降。吸附為放熱過程,當(dāng)吸
附溫度升高時,吸附平衡被打破,吸附分子動能增
加,更有利于脫附過程的進(jìn)行,從而減弱了其吸附
過程,造成平衡吸附量下降。
取328 K時的吸附平衡數(shù)據(jù),用I.angmuir方
程和Freundlich方程進(jìn)行擬合,擬合曲線也示于
圖]。用Langmuir方程擬合的曲線和實(shí)驗(yàn)曲線基本
/kPa
圖1 不同溫度下苯在黏膠基活-陛炭纖維(ACF)
上的吸附等溫線
Fig.1 Adsorption isotherms of benzene on ACF at
different temperatures
T/K:(1)298;(2)308;(3)318;(登記注冊類型 4)328;
(5)Langmuir simulative isotherm;
(6)Freundlich simulative isotherII3,
吻合,說明低壓條件下苯在活性炭纖維上的吸附模
型符合Langmuir方程。
2.2吸附熱的計(jì)算
2.2.1等量吸附熱的計(jì)算
等量吸附熱也稱微分吸附熱,是指一定吸附量
時,再有無限小量的氣相分子被吸附后所釋放出來
的熱量。由于吸附劑表面各點(diǎn)的吸引力勢場不一樣,
等讀書心得體會800字 量吸附熱是隨著吸附量的不同而變化的,并且氣
體分子總是優(yōu)先占據(jù)較高能量的吸附位,因此等量
吸附熱一般是隨著吸附量的增加而逐步下降的。
等量吸附熱(AH)由Clausius—Clapeyron方程定
義 ,見式(1)。
△H一一R『
] ( )
式(1)中,_廠表示氣體的逸度,筆者用戶來代替_廠
計(jì)算,R表示氣體常數(shù)。
在0.5~4.5 mmol/g的吸附量范圍內(nèi)共取6個
平衡值。不同溫度下該平衡吸附量對應(yīng)的吸附壓力
由擬合的Langmuir吸附等溫線方程求得。分別用
不同平衡吸附量下的lnp對1/T作圖,得到1組等
量吸附線,如圖2所示。從圖2可以看出,平衡吸
附量一定時,lnp與1/T基本上呈線性關(guān)系,因
此可以得到該直線的斜率,再根據(jù)式(1)計(jì)算出等量
吸附熱。計(jì)算得到的等量吸附熱為27.6~
66.1 kJ/mol。不同的吸附量對應(yīng)不同的吸附熱,苯 在活性炭纖維上的等量吸附熱與其吸附量的關(guān)系如
圖3所示。
丁 l05/K
圖2苯在活性炭纖維上的等量吸附線
Fig.2 Isosteric adsorption lines of benzene on ACF
n/(mmol?g ):(1)0.5;(2)1;(3)2;(4)3;(5)4;(6)4.5
從圖3可以看出,隨著吸附量的增加,等量吸
附熱呈下降趨勢,當(dāng)吸附量為0.5 mmol/g時,等量
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486 石油學(xué)報(bào)(石油加工) 第24卷
吸附熱為66.1 kJ/tool,當(dāng)吸附量為4.5 mmol/g時,
等量吸附熱降至27.6 kJ/mol。隨著吸附量的增加,
等量吸附熱下降可能是由于活性炭纖維表面的不均
勻性及被吸附苯分子之間的相互作用力造成的。活
性炭纖維表面上吸附中心的能量彼此不同,當(dāng)苯分
子在這些不同中心上吸附時,產(chǎn)生的吸附力不同,
需要的能量不同,放出的吸附熱就不同。開始時,
苯分子在微孔中吸附能力強(qiáng)的吸附中心上吸附,因
此產(chǎn)生的吸附熱較大,但隨著吸附量的增大,苯分
子只能吸附在有弱吸附力的吸附中心上,此時吸附
熱就小,當(dāng)發(fā)生多層吸附時,吸附熱就更小。
/(mmol g )
圖3苯在活性炭纖維上等量吸附熱(AH)
與其吸附量(n)的關(guān)系
Fig.3 Isosteric adsorption heat(AH)VS adsorption
capacity(n)of benzene封面圖片 on ACF
2.2.2平均吸附熱的計(jì)算
Henry定律常數(shù)與溫度服從rant Hoff方程,
見式(2)。
dT
一 RT 2
(2)一
式(2)中,K 為亨利常數(shù),mmo1.kPa/g;△H。為 平均吸附熱,kJ/mol;T為吸附溫度,K,R為氣
體常數(shù)。如果忽略相際熱容差,可以得到式(3)的積
分結(jié)果。
lnK ===一
+c
(3)
式(3)中,C為積分常數(shù)。從式(3)可見,lnK對 1/T的關(guān)系是線性的,平均吸附熱△H。可從其斜率
決定。關(guān)鍵是求得亨利常數(shù)K ,在本實(shí)驗(yàn)中,采用
Langmuir方程求取亨利定律常數(shù)K。Langmuir方
程是適用于描述I型等溫線最普遍的模型,見
式(4)。
一
(4)
n 0
l十Dp
式(4)中,n為吸附量,mmol/g;n。為飽和吸附量
mmol/g;0為表面覆蓋率;b為吸附速率常數(shù)與解
析速率常數(shù)之專業(yè)見習(xí) 比;P為吸附平衡壓力,kPa。當(dāng)0趨于
0時,Langmuir方程轉(zhuǎn)化為He夭山什么字 nry定律,見式(5)。
l im(n
、
)一bn。一K
(5)
在用Langmuir方程處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時,可將式(4)寫班主任工作交流
成式(6)的形式。
一
土+
o
n o
(6)
由式(6)可以看出,將p/n對P標(biāo)繪可以得到1條
直線。由直線的斜率和截距可以計(jì)算得到n。和
6n。,6n。即為所要求的Henry定律常數(shù)K 。圖4 給出了不同吸附溫度下p/n對P標(biāo)繪出得到的1組
直線。由這組直線的斜率和截距分別計(jì)算出不同吸
附溫度下的n。和K ,計(jì)算結(jié)果列于表1。
P/KVa
圖4 苯在活性炭纖維(AcF)上吸附的p‘,lp曲線
Fig.4 The piot0f p
‘p for the adsorpti0n
,l
of benzene on ACF
T/K:(1)298;(2)308;(3)318;(4)328
表1 由苯在活性炭纖維上吸附的詈‘p
曲線的計(jì)算結(jié)果
Table 1 Characteristic quantities calculated from the
piot0f p
,l‘p for the adsorpti0n。f benzene on ACF
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第4期 苯在活性炭纖維上吸附等溫線的測定及分析 487
4786.6。根據(jù)式(3)便可得到苯在活性炭纖維上的平
得到不同溫度下Henry定律常數(shù)K 后,以lnK
均吸附熱△H。為39.79 kJ/rnol。
對1/T作圖,如圖5所示,線性擬合得到直線斜率為
4.8
參 考 文 獻(xiàn)
44
[1]趙毅,李守信.有害氣體控制工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)
出版社,2001.
4 O
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3 6
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3.2
305
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31 5
325 丁 10 /K
335 345
[4]李守信,張文智,宋立民.用活性炭纖維吸附回收廢氣中
的苯[J].化工環(huán)保,2003,23(4):229—231.(LI Shou-
圖5苯在活性炭纖維上吸附的InK'-1/T曲線
Fig.5 The plot of InK'-1/T for the adsorption
of benzene on ACF
xin。 ZHANG Wen—zhi, S0NG Li—min. Recovery of
benzene from waste gas by activated carbon fiber
adsorption process l-J].Protection of Chemical Industry,
2003,23(4):229—231.)
3 結(jié) 論
(1)在0~1.995 kPa的條件下,苯在黏膠基活
[5]張雄福,鮑鐘英,殷德宏,等.吸附法脫除乙烯中少量氧
氣的吸附劑研究l-J].石油化工,1998,27(1):8—12.
(ZHANG Xiong—fu,BA0 Zhong-ying,YIN De—hohg,
性炭纖維上的吸附等溫線均為I型等溫線,吸附模
型符合Langmuir方程。
(2)根據(jù)吸附等溫線用Clausius—Clapeyron計(jì)
算得到苯在黏膠基活性炭纖維上的等量吸附熱為
27.6~66.1 kJ/mol,且等量吸附熱隨著吸附量的增
加而減小;由vant Hoff方程計(jì)算得到其平均吸附
熱為39.79 kJ/tool。
et a1. Removal of 02 from C2 H 4/o2 mixture by
adsorptionl'J].Petrochemical Technology,1998,27(1):
8—12.)
[6]MANJARE S D,GHOSHAI A K.Studies on adsorption
of ethyl acetate vapor on activated carbon[J].Industrial
and Engineering Chemistry Research,2006,45(19):
6563—6569.
作者簡介:
胡祖美(1982一),女,碩士研究生,從事活性炭纖維的制備及其對有機(jī)物吸附性能的研究; 張
艷(1 972一),女,講師,從事炭材料吸附劑及其應(yīng)用技術(shù)研究;
王勝強(qiáng)(1 982一),男,碩上研究生,從事無機(jī)膜的模擬和應(yīng)用研究;
王金渠(1946一),男,教授,從事無機(jī)膜的制備和應(yīng)用研究。

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