二硫化碳被活性炭吸附性能的研究
【关键词】二硫化碳,活性炭,吸附性
【摘要】研究了4种不同活性炭的孔结构及对二硫化碳的平衡吸附 性能，并对4种活性炭床层的穿透性进行了考察，为选择吸附净化废气中低浓度二硫化碳的吸附剂奠定了基础。
前言
二硫化碳广泛用于冶金、农药、橡胶、粘 胶纤维等工业领域。由于其沸点低、挥发性强、毒性大，因此在生产和使用过程中易散发于空气中，对环境和人体造成严重的污染和危害［1］。废气中的二硫化碳在大多数情况下浓度较低，适合用吸附法处理，而吸附剂的选择将直接关系到吸附设备的投资和运行费用［2］。我们研究了多种活性炭的孔结构及其对二硫化碳的吸附性能，为净化低浓度二硫化碳气体吸附剂的选择提供了依据。
1试验设备及仪器
(1)孔结构分析：用美国Coulter公司Omnisorp-360x比表面积及孔隙分析仪(氮气吸附)。
(2)二硫化碳平衡吸附量测定：用动态重量吸附仪(吸附温度为20℃)。
(3)二硫化碳浓度分析：用美国PE公司Sigma-2B气相色谱仪。
(4)吸附试验装置：
1.微量注射泵；2.混合器；3.湿度控制器；4.空气压缩机；
5.过滤干燥器；6.流量计；7.恒温水槽；8.吸附器；
9.尾气处理瓶；10.气相色谱仪。
2试验材料
2.1吸附质
二硫化碳：分析纯(纯度99.8%)，北京化学试剂厂产。
2.2活性炭吸附剂
本试验选择4种性能较好的活性炭作为吸附剂，其各项指标如表1所示。
表1活性炭的基本性能
编号 种类 规格 堆密度
/(g.cm-3) 苯吸附量
/% 四氯化碳
吸附值/% 水吸附容量
/% 强度
/% 产地
AC1 煤质粒状炭 ?φ3 0.43 42.5 ＞90 90 ＞90 宁夏
AC2 煤质粒状炭 ?φ3 0.45 38.8 ＞90 80 ＞90 北京
AC3 纤维状炭 XF4 0.09 45.1 ＞90 辽宁
AC4 蜂窝炭 TF-1 0.33 25.1 本所
3试验结果与讨论
3.1活性炭孔结构测定
利用Omnisorp-360x分析仪，以氮气为介质，吸脱附温度77K，测定了4种活性炭的孔结构参数(见表2)、吸脱附等温线(见图2)及孔分布(见图3)。
表2活性炭孔结构性能参数
活性
炭 BET比表
面积
/(m2.g-1) 微孔体积
/(cm3.g-1) 中孔体积
/(cm3.g-1) 平均微
孔半径
/nm
AC1 1220 0.603 0.043 0.49
AC2 1150 0.534 0.095 0.58
AC3 1222 0.521 0.009 0.66
AC4 533 0.276 0.129 0.79
○--AC1；●--AC2；△--AC3；×--AC4。
P--氮气分压；P0--饱和蒸气压。
○--AC1；●--AC2；△--AC3；×--AC4。
P--氮气分压；P0--饱和蒸气压；V--孔体积；R--孔径。
对于气体吸附来说，活性炭中的微孔起主要作用［3］。从表2可知，所选择的4种活性炭除蜂窝炭外，比表面积和微孔体积都较大。这是由于蜂窝炭在制造过程中加入了大量的粘土，使炭的微孔体积减小、中孔体积增大。AC1、AC2、AC3微孔体积相对较大，为气体吸附提供了充分的空间。
3.2活性炭对二硫化碳的平衡吸附性能
利用动态重量吸附仪测定了活性炭对二硫化碳的平衡吸附性能，如图4所示。
测试条件为：CS2质量浓度60g/m3，温度20℃，湿度＜10%。测试结果见图4。
由图4可以看出，就平衡吸附量而言，AC1＞AC2＞AC3＞AC4；达到平衡所需的时间AC1为20min，AC2为25min，AC3为10min，AC4为30min，AC4＞AC2＞AC1＞AC3，即活性炭纤维所需时间最短，吸附速度最快。
○--AC1；●--AC2；△--AC3；×--AC4。
3.3活性炭对二硫化碳的吸附穿透曲线
试验条件：吸附器直径D=4cm，活性炭床层厚度H=4cm；吸附温度T=293.2K，湿度Φ＜20%，二硫化碳初始质量浓度C0=1.0g/m3，气体流量Q=0.0084m3/min，气体速率u=660cm/min。试验流程如图1所示，试验结果见图5和表3。
○--AC1；●--AC2；△--AC3；×--AC4。
表3不同活性炭的床层吸附特性参数
活性
炭 活性炭用量
/g 穿透时间
/min 工作吸
附容量
/(g.g-1) 无效层厚度
/cm
AC1 20.7 75 0.030 1.9
AC2 22.1 55 0.021 2.6
AC3 4.5 30 0.056 1.1
AC4 16.5 25 0.013 2.8
注无效层厚度为达到规定的穿透点时的无效厚度，按C/C0确定穿透点。
从图5和表3可以看到：
(1)AC1穿透点出现最迟，有效吸附时间最长，虽工作吸附容量较AC3小，但相同体积的活性炭穿透前的总吸附量仍最大。
(2)AC3穿透曲线较陡，无效层厚度最小，床层利用率较大，工作吸附容量最大，由于其堆密度很小，所以相同体积活性炭的总吸附量较小。
(3)AC4穿透时间最短，工作吸附容量最小，无效层厚度最大，这是由其孔结构性能所决定的。
(4)从床层吸附过程来看，AC1、AC3都更适合作二硫化碳的吸附剂。在工业上应用时，须做进一步研究，综合考虑各方面的因素，确定哪一种吸附剂更有效、更经济。
4结论
(1)对4种活性炭的孔结构进行了测定，结果表明均以微孔结构为主。比表面积AC3＞AC1＞AC2＞AC4，孔体积AC1＞AC2＞AC3＞AC4。
(2)研究了4种活性炭对二硫化碳的平衡吸附性能，结果表明AC1平衡吸附量最大，AC3吸附速度最快，到达平衡时间最短，这些都有利于吸附过程。
(3)研究了4种活性炭吸附二硫化碳的穿透曲线，结果表明AC1和AC3皆为较理想的吸附剂，可以用于气体中二硫化碳的吸附。■
作者简介：苏发兵(1968-)，男，江苏省徐州市人，防化研究院第一所助理研究员，硕士，从事炭材料及其应用的研究、评价和开发。
作者单位：苏发兵(防化研究院第一所，北京100083)
李云峰(防化研究院第一所，北京100083)
马兰(防化研究院第一所，北京100083)
赵红阳(防化研究院第一所，北京100083)
刘进(防化研究院第一所，北京100083)
陈魁学(防化研究院第一所，北京100083)
参考文献：
［1］金谷大.化纤行业废气的污染及治理［J］，环境保护，1994，15(10)：19～21．
［2］H.凯利，E.巴德.活性炭及其工业应用(1980)［M］.魏同成译.北京：中国环境出版社，1990.178.
［3］叶振华.化工吸附分离过程［M］.北京：中国石化出版社，1992.81.
［4］乔惠贤，陈魁学.苯类废气净化.96全国活性炭学术交流会论文集［C］(烟台)，1996.307～310.
