载乙醇活性炭真空微波共沸精馏解吸试验研究
离子液体分离乙酸乙酯-乙醇共沸体系研究进展
第50卷第4期辽 宁化工V〇1.50，No. 4 2021 年 4 月Liaoning Chemical Industry_________________________________A p ril，2021离子液体分离乙酸乙酯-乙醇共沸体系研究进展何鑫，张强，范雪萤，王丽达，李文秀(沈阳化工大学辽宁省化工分离技术重点实验室，辽宁沈阳丨10142)摘要：乙酸乙酯（E A)是一种用途广泛且需求量较大的精细化T产品=在乙酸乙酯的生产中存在大量乙酸乙酯与乙醇的混合物，乙酸乙酯与乙醇两者易形成共沸物，普通的精馏方法无法有效分离两种物质离子液体因其良好的物理、化学性质和对环境友好，结构可灵活调节，在化工萃取分离方面有良好的表现。
对离子液体分离乙酸乙酯混合物研究进展进行介绍，总结了单一离子液体、混合离子液体对共沸物系的分离效果，并对离子液体分离共沸物的机理进行研究关键词：共沸物分离；离子液体；萃取中图分类号：TQ028.3‘I文献标识码：A文章编号：1004-0935(2021 ) 04-0489-041简介1.1乙酸乙酯（E A)-乙醇纯净乙酸乙酯是用途最广的脂肪酸酯之一，具 有良好的溶解性是常用的工业溶剂和有机化工原 料，被大量用于工业产品的合成中；因其无毒的特 性也常被用于提取香料和药品。
E A的快干性，常 被添加在油漆和涂料中。
特殊的酯香味也会应用在 食品里。
随着我国实体经济的高速发展，E A成为 高消耗品，我国对E A的需求量几乎占到全世界需 求量的一半。
目前E A工业生产主要的方法有四种，分别是乙酸酯化法、乙酸/乙烯加成法、乙醛缩合法 和乙醇脱氢法。
世界各国工业发展和自然资源情况 不同选择生产工艺也不同，美国以直接酯化法为主，日本和欧洲则以乙醛缩合法为主。
从产能上看，国内外市场主要供应来自直接酯化法，大约占67.5%，我国当前主要也是采用该工艺。
在生产中为使价格 相对较高的乙酸达到最优转化率，常会加入过量的 乙醇，粗产品中主要是乙醇与E A的混合物。
干燥乙醇的原理
干燥乙醇的原理干燥乙醇是将液态乙醇转化为无水乙醇（无水酒精）的过程。
乙醇是一种广泛应用的有机溶剂，但如果需要在某些特定的实验室或工业应用中使用无水乙醇，那么对乙醇的干燥处理就显得非常关键。
乙醇的干燥原理主要基于“吸附性脱水”和“共沸法”。
首先，考虑“吸附性脱水”原理。
乙醇中的水分主要以两种形式存在：溶解于乙醇分子内的游离水和与乙醇分子间形成氢键的吸附水。
通过添加干燥剂或吸附剂，可以将这些水分吸附到表面上，从而实现脱水的目的。
常见的干燥剂包括氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、分子筛等。
这些干燥剂具有较高的亲水性，可以吸附乙醇中的游离水，并将其转化为水合物形式。
水合物不易溶于乙醇，因此可以通过过滤或简单的沉淀将其分离出来，从而得到干燥的乙醇。
此外，也可以使用一些气相吸附剂，例如硅胶、活性炭等。
这些吸附剂可以吸附乙醇中的水分，从而实现脱水的目的。
吸附剂可以通过在乙醇中直接搅拌或将其放置在密闭容器中与乙醇接触，从而吸附水分。
最终，通过过滤或简单的沉淀，可以将吸附剂中的水分与乙醇分离。
其次，考虑“共沸法”原理。
共沸是指在一定的压力下，混合物的沸点将保持在常数温度。
在乙醇与水混合物中，当乙醇浓度达到95.6%时，混合物的沸点为78.2。
这被称为共沸点。
在这个共沸点下，乙醇与水的蒸气压相等，可以通过蒸馏的方式将两者分离。
利用共沸法干燥乙醇可以采用以下方法之一：浓缩蒸馏、恒温蒸馏和非平衡蒸馏。
浓缩蒸馏是指通过加热将乙醇与水混合物蒸发，然后将蒸汽冷凝收集。
这种方法通常需要进行多次蒸馏，以逐渐增强乙醇的浓度。
恒温蒸馏是指在共沸点下保持一定的压力和温度，通过连续蒸馏将乙醇与水分离。
非平衡蒸馏也可以通过连续蒸馏的方式实现乙醇与水的分离。
除了上述的干燥原理之外，还可以使用其他特殊的方法来干燥乙醇，如冷凝法和分子筛法。
冷凝法主要通过低温冷凝乙醇中的水分，将水分蒸发掉。
分子筛法是利用具有吸附性能的分子筛将水分吸附并分离出来。
总之，干燥乙醇的原理主要包括吸附性脱水和共沸法。
流化床微波解吸载甲苯活性炭研究
关键词
微波
活性 炭
流化床
解 吸 甲苯
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｓｔ ｄｙ ｏ ｈｅ ｄ ｓ ｒ ｔｏ ｌ ｉ ｚ ｄ ｔ ｌ ｅ ｅ ｅ ｈａ ｓｅ ｃ ｉ ａ ｅ ａｒ ｏｎ ｂｙ ｍ ｉｒ ｗａ ｅｉｒ ｄｉｔｏ ＣＡ Ｏ ｉ ｑ ａｎ ｕ ｎ ｔ ｅ ｏ ｐ ｉ ｎ ｏｆｆｕｄｉｅ ｏ ｕ ｎ － ｘ ｕ ｔ ｄ ａ ｔｖ ｔｄ ｃ ｂ ｃ ｏ ｖ ｒ ａ ａ ｉ ｎ Ｘ ａｏ ｉ ｇ ， ＬＵ
ｈ ｇ ｅ ｈ ｎ ｔ ａ ｔｍｅ ｉ ｍ ｌ ｉ ｉｅ ｔ ｔ ．Ｔｏ ｕ ｎ ｅ ｏ ｐ ｉ ｎ ａ ｌ ｈ ｌ ｌ ｉ ｉ ｄ ｓ ａ ｅ ｗａ ｕ ｈ ｗｏ ｓ ｈ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｈ ｒｔ ａ ｈ ｔａ ｄ ｕ ｆｕｄ ｚ ｄ ｓａ ｅ ｌ ｅ ｅ ｄ ｓ ｒ ｔ ｔｓ ｉ ｔｙ ｆｕ ｄ ｚ ｔ ｔ ｓｍ ｃ ｒ ｅ ｔ ａ ｈ ｔａ ｏ ｇ ｅ
摘 要 利用微波作为加热手段 ， 采用椰壳基颗粒活性炭（ ＧＡＣ 为吸附剂 ， ） 经吸附 甲苯达饱和后进行流化床 微波解吸实 验。结
果表 明 ： １前 ４ｒｉ， 微 流化 状 态下 的 甲苯 浓 度 总体 小 于 中 等 流化 状 态 ； ｉ 。 （） ｎ轻 ａ ４ｒ ｎ后 轻微 流 化状 态 下 的 甲 苯 浓 度 逐 渐 大 于 中等 流 化 ａ 状 态 。轻 微 流 化 状 态 下 的 甲 苯 解 吸效 果 不理 想 ， 中 等 流 化状 态 有很 大 差距 。 流 化 床 微 波 解 吸 适 宜 的 载 气 线 速 为 ７ ． ｍ／ 。 （ ） 与 ３ ４ｃ ｓ ２ 在 整 个 流 化 床微 波 解 吸 过 程 中 ，０ ３ ０℃ 下 的 甲苯 浓 度 总 体 均 高 于 ２ ０℃ 。３ ０ｏ 的 甲苯 解 吸 量 在 很 短 的 时 间 内 迅 速 上 升 ， ｎ ０ ０ Ｃ下 ７ｍｉ 后 解 吸 率 就 达 到 了 ９ ，０ｍｉ 超 过 了 ９ ％ ； ２ ０℃ 下 ， 论 是 甲苯 解 吸 量 曲线 的上 升 速 率 、 到 稳 定 所 需 的 时 间 还 是 解 吸 量 Ｏ ２ ｎ就 ５ 但 ０ 无 达 最 大 值 ， 小 于 ３ ０℃ ，０ｍｉ 解 吸率 也 仅 达 到 ７ 左 右 。流 化 床 微 波 解 吸适 宜 的温 度 为 ３ ０℃ 。（ ） 化 床 微 波 解 吸 载 甲苯 活 都 ０ ４ ｎ后 ５ ０ ３流 性 炭 具 有 解 吸 迅 速 、 吸 率 高 的 特 点 。 同 时 ， 波对 物 质 加 热 的 非 接 触 性 、 化 床 微 波 解 吸 中活 性 炭 颗 粒 的流 动 性 以 及 较 高 的 传 质 解 微 流 速 率 是 保 证 流 化 床 解 吸 高 效 性 的 关键 因 素 。
萃取精馏分离乙酸乙酯—乙醇技术的研究
萃取精馏分离乙酸乙酯—乙醇技术的研究摘要：实验以乙酸乙酯-乙醇共沸体系分离为研究内容，以N、N-二甲基甲酰胺（DMF）作萃取剂，进行萃取精馏操作。
探讨回流比和萃取剂加入速率对产品纯度和收率等的影响。
得出在实验条件下适宜回流比为3，萃取剂加入速率为7-8ml/min的结论。
关键词：萃取精馏乙酸乙酯-乙醇一、实验如图2所示。
从图看出，随回流比增大，塔顶馏出的乙酸乙酯质量分数越来越高。
在回流比R<4时，回流比对精馏的产品纯度影响最大，但随着回流比增加，塔顶轻组分含量趋于平缓。
可以看出，回流比只在一个适宜的范围内才对最终产品的纯度有影响。
3.2萃取剂流率对塔顶馏分含量的影响如图3所示。
从图中可以看出随着萃取剂的加入，塔顶轻组分乙酸乙酯的含量不断上升，尤其是当无溶剂加入转化为有溶剂加入时的变化初期，塔顶乙酸乙酯的含量增加较快。
从图3可知，提高溶剂加入速率，可以使萃取精馏分离效果更好，但过高的溶剂加入速率，会加重塔釜再沸器的负荷，对塔釜容积的操作能力也是有考验，过高的溶剂加入速率还会造成费用的增加，所以要根据相应实验条件选择合适的溶剂加入速率。
本实验中溶剂速率在7-8ml/min比较适宜。
二、结论本文通过实验研究了绝对压力为10kPa左右的连续萃取精馏分离乙酸乙酯和乙醇共沸物系的过程，得出以下结论：1.萃取剂加入速率的影响增加萃取剂速率有利于分离，但是萃取剂加入速率过大会增加塔釜热负荷，增加操作费用。
在本实验条件下，萃取剂流量在7～8ml/min比较适宜。
2.回流比的影响在一定范围内增加回流比可提高塔顶产品含量，但是对于萃取精馏来说，回流比R过大时，回流液过多会降低溶剂比，因此R存在一个最佳值。
本实验中回流比R的最佳取值为3。
参考文献[1] 时钧，汪家鼎，余国琮等.化学工程手册[M].北京：化学工业出版社，1996.[2] 王佩琳. 萃取精馏分离C5工艺流程的改进[J]. 石油炼制与化工，1997，28（2）：5-9.[3] 顾正桂，章高健. 用萃取精馏法从水溶液回收乙醇[J]. 化学工业与工程，1993，10（4）：4650.。
载甲苯活性炭微波脱附再生试验
第 ２ 卷 第 ２期 １
２０ ０ ６年 ６月
广 州 环 境 科 学
ＧＵＡＮＧＺＨＯＵ ＥＮＶＩ ＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥＳ
Ｖｏ ． ， ． １ ２１ Ｎｏ２
Ｊ ｎ２ ０ ２ ｕ ．０ ６ ７
载 甲苯 活性炭 微波脱 附再 生试 验
收稿 日期 ：２０ — １ １ ，修改稿收到 日期 ：２ ０ — ３ ２ ０６ ０—６ ０６０— ４
２ 实验 结 果 与 讨 论
２１ 各 因素 对 甲苯脱 附率的 影响 ．
２１ 不同涪 『炭量下 甲苯脱 附率与脱 附时间的变化 ．１ ． 生 将 ５８ １ 左右 的新 鲜活性 炭 （ 、、０ｇ 干燥 失 重 １％） ５ 吸 附饱 和 ， 重 ， 附饱 和后 的活 性 炭量 （ 装 填 高 称 吸 其
维普资讯
２ ８
广 州 环பைடு நூலகம்境 科 学
２ １卷 ２期
一
４ ｕ型管 ５ 恒 温 装 置 一 一
排 空
６ —锥 型 瓶 （内装 酒 精 ）
率增加也 快 。在大 的微波 功率 下进 行再生 实验 ， 可缩
短脱附的时间； 但功率越大 ， 活性炭的温度升高会更 高。 更容易引起活性炭的燃烧 ， 生 潘Ｉ炭的损失将增加 ， 因此要综合考虑微波功率对再生实验的影 响【 ３ 】 。在
炭 的微 波再 生最优 工 艺条 件 。
图 １ 饱 和 活 性 炭 的 制 备
１２ 载 甲苯活 性炭 的再 生 装置 和过 程 Ｉ 图 ２是载 甲苯 活性 炭 的再 生装 置 图 。把 格 兰 士
ＷＰ ｏ ７ ｏ型 微 波炉 上 部 中 间钻 一 个 约 直径 为 ３ｃ 的 ｍ 孔 ， 长约 ３ ｍ 的石英 玻 璃 管如 图 ２所 示 ， 入微 把 ０ｃ 插
微波-水蒸气法再生载亚甲基蓝废活性炭研究
微波-水蒸气法再生载亚甲基蓝废活性炭研究
庄兆意;王永民;庞健;苏红乡;杨冬
【期刊名称】《山东建筑大学学报》
【年(卷),期】2024(39)2
【摘要】基于微波的加热特性和活性炭的吸波性,探索出可行、有效的活性炭再生方法,能增加失效活性炭的重复使用率,节约废水处置经济成本。
文章采用微波联合水蒸气法进行再生实验,以亚甲基蓝吸附值作为指标评估再生效果,设立单因素实验和三因素三水平正交实验,研究微波功率、微波时间以及蒸气流量对生物炭再生的影响规律,并对原炭、废炭和再生后活性炭开展X射线衍射表征。
结果表明:微波功率对再生效果影响最大,且微波功率和蒸气流量越大,再生效果越好,但微波时间不宜过长,在微波功率为800 W、微波时间为15 min和蒸气流量为5 mL/min条件下,再生活性炭的再生率约为75%;微波加热可使吸附质热解,并且水蒸气可清理炭孔,使活性炭恢复到原有的吸附活性,再生活性炭的效果较好,且成本低,可应用到实际工程中。
【总页数】5页(P60-64)
【作者】庄兆意;王永民;庞健;苏红乡;杨冬
【作者单位】山东建筑大学热能工程学院;济南市能源和粮食综合行政执法支队;山东省城乡规划设计研究院有限公司市政分院
【正文语种】中文
【中图分类】X703
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活性炭微波再生方法研究
活性炭微波再生方法研究刘靖;史可玉;孙晓芳;沈瑶;刘远;张俊新;刘恒明;刘长发【摘要】以亚甲基兰为污染物污染活性炭滤芯,利用微波辐照的方法对失效的活性炭滤芯进行再生,通过实验分别测出新的、失效的活性炭滤芯的碘值,通过碘值计算出活性炭的性能恢复率、损耗率、综合恢复率等性能指标,并分析影响上述性能指标的单一因素:辐照功率、时间和活性炭用量.设计正交试验,找到微波再生活性炭滤芯的最佳再生条件:微波功率600W,辐照时间90s,辐照活性炭质量2g.经过再生的活性炭的综合恢复率达到94.30%.【期刊名称】《环境科学导刊》【年(卷),期】2010(029)002【总页数】4页(P1-4)【关键词】活性炭滤芯;微波;再生【作者】刘靖;史可玉;孙晓芳;沈瑶;刘远;张俊新;刘恒明;刘长发【作者单位】大连水产学院海洋环境工程学院,辽宁省高校近岸海洋环境科学与技术重点实验室,辽宁,大连,116023;大连水产学院图书馆,辽宁,大连,116023;大连水产学院海洋环境工程学院,辽宁省高校近岸海洋环境科学与技术重点实验室,辽宁,大连,116023;大连水产学院海洋环境工程学院,辽宁省高校近岸海洋环境科学与技术重点实验室,辽宁,大连,116023;大连水产学院海洋环境工程学院,辽宁省高校近岸海洋环境科学与技术重点实验室,辽宁,大连,116023;大连水产学院海洋环境工程学院,辽宁省高校近岸海洋环境科学与技术重点实验室,辽宁,大连,116023;大连水产学院海洋环境工程学院,辽宁省高校近岸海洋环境科学与技术重点实验室,辽宁,大连,116023;大连水产学院海洋环境工程学院,辽宁省高校近岸海洋环境科学与技术重点实验室,辽宁,大连,116023【正文语种】中文【中图分类】X12活性炭由于具有发达的孔隙结构及大比表面积,被广泛用于水处理的吸附剂[1]。
而活性炭滤芯则用于纯水及饮用水纯化的前处理。
目前,活性炭材料由于回收成本高,大多使用后都被丢弃,因而造成了二次污染,因此有必要对失效的活性炭材料进行再生方法的研究。
微波辐照再生颗粒活性炭_GAC_的研究
第17卷 第1期2009年2月材 料 科 学 与 工 艺M ATER I A LS S CI ENCE &TEC HNOL OGYVo l 117N o 11Feb.,2009微波辐照再生颗粒活性炭(GAC)的研究张 威,王 鹏,赵姗姗,史书杰(哈尔滨工业大学市政环境工程学院绿色化学与技术研究中心,哈尔滨150090,E 2m a i:l z hang weixi ans heng @si na .co m)摘 要:研究了活性炭在微波场中的温升行为和脱水行为,并对该行为进行了定量描述.通过正交实验,探讨了活性炭的再生效果与微波辐照的功率、时间、活性炭吸附量等因素的关系.研究了微波辐照对活性炭表面酸碱官能团的影响,并对微波辐照再生活性炭前后孔隙结构进行了对比.结果表明,微波辐照几分钟内活性炭表面可达1000e .对再生后活性炭碘值影响最大的因素是辐照时间,从碘值来看400W,2m in 再生效果好.Boeh m 滴定说明微波作用可以增加J X-206型果壳炭表面的碱性基团,降低其表面酸性基团,使其PZ C 明显增大.与废弃活性炭相比,微波辐照后的活性炭比表面积、孔容积都增加了100%左右,且微波主要作用于直径小于5n m 的活性炭孔.关键词:活性炭;微波;再生中图分类号:TQ42411文献标识码:A 文章编号:1005-0299(2009)01-0031-05M i crowave irrad iation for regen era tion of granu lar activa ted carbon(GAC )Z HANG W e,i WANG Peng ,Z HAO Shan 2shan ,S H I Shu 2ji e(R esearch Center for Green Che m istry and Technology ,School ofMunic i pal and Enviro n m enta l Engi neering ,H arb i n Instit ute of Technol ogy ,H arbin 150090,Ch i na ,E 2m a i:l z hang weixi ansheng @si na .co m )Abstr act :The behaviors of heating 2up and dr ying of acti v ated car bon by m icro wave irradiation were studiedand described quantitatively .The relationsh i p bet w een regenerati o n efficiencies ofGAC and those f actors such asm icro wave power ,irrad i a ti o n ti m e and dose absor bed by GAC was derived and ana l y zed thr ough orthogona l tes.t The i n fluence ofM W treat m ent on the ac i d ic and basic groups ofGAC was stud ied ;the pore str uctures of exhaust GAC and M W treated GAC were co mpared .Resu lts sho w that the te mperature of GAC can reach 1000e byM W irrad i a ti o n i n a f e w m inutes .The ma i n factor aff ecti n g the iod i n e a mount is irradiati o n ti m e and the opti m al regeneration conditi o ns are 400W and 2m i n .The surface ac i d ic groups are re moved due to t h e ir deco mpositi o n ,and t h e basic characteristic beco mes pro m i n en.t Co mpared w ith exhaust GAC ,the spe 2cific area and pore volume both i n crease by 100%.Moreover ,M W mostly aff ects the pores w ith dia meter less t h an 5n m.The experi m ent sho ws tha t the m icro wave irrad iati o n m et h od is practi c al f or regeneration of activa 2ted car bon .K ey w ord s :activated car bon ;m icr owave irradiati o n ;regenerati o n 收稿日期:2007-04-17.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50678045);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20040213027).作者简介:张 威(1981-),男,硕士研究生;王 鹏(1957-),男,教授,博士生导师.活性炭是一种非极性吸附剂,外观为暗黑色,有粒状、粉状和纤维状3种.活性炭主要成分除含碳外,还含有少量的氧、氢、硫等元素,以及水分、灰分,广泛应用于食品工业、化学工业、环境保护等各个领域.但是经吸附或脱色后的废活性炭的高使用成本,废弃饱和活性炭造成资源浪费及二次污染等问题极大地限制了活性炭的应用范围.常见的活性炭再生[1]方法有,加热再生法、化学药品再生法、生物再生法、电化学再生等.这些方法各有利弊,有些方法仅限于实验研究阶段[2-4].微波是介于红外和无线电波之间的电磁波谱,其频率在0.3~300G H z(波长1m ~1mm ).用于加热技术的微波频率固定在2450M H z 或900MH z ,本研究用商业生产微波炉频率为2450MH z [5].微波的加热原理主要是离子传导机理和偶极子转动机理.微波环保技术是微波处理技术与环境资源回收利用技术的新兴交叉技术,是针对该领域中常规加热技术速度慢加热不均匀等问题,利用微波辐射处理的热效应和非热效应的快速均匀等优点来大幅度提高处理效率,同时大幅度降低能耗的研究,是一种节能增效的清洁技术研究[6].本文研究了微波辐照对G AC 表面酸碱官能团的影响和对废弃活性炭的再生,考察了其在微波场中的温升行为、脱水行为以及再生后对碘的吸附量.这是利用了活性炭极强的吸收微波的能力,从而实现对其吸附的有机物解吸、分解和炭化.1 实 验111 材料与设备唐山市建新活性炭有限公司生产的J X -206果壳炭,J A200型电子天平,荣事达三洋电器股份有限公司生产的微波炉,热电偶及数显调节仪,721分光光度计,AS AP2020M 全自动比表面积及孔隙度分析仪,KS 康式振荡器等.112 GAC 在微波场中的温升和干燥实验用715g 吸附饱和活性炭(含水率为53%左右),在不同微波辐照功率下,考察活性炭表面的升温情况[7].取3g 湿的活性炭在不同功率微波辐照下看质量随时间的变化.113 微波辐照再生GAC 正交实验在不同浓度的苯酚溶液中加入715g 活性炭,振荡至吸附平衡后滤出活性炭,分析吸附前后溶液的浓度,从而得到不同吸附量的炭(表1).表1 废炭样品的制备炭质量/g 苯酚溶液体积/mL吸附前浓度/(mg #L -1)吸附后浓度/(mg #L -1)吸附量(mg #g -1)715004050431217126183715008050431201005215171501601029099183811517150010010290855190125180以碘值为评价目标,研究微波功率、微波辐照时间、活性炭吸附量3个主要因素对再生效果的影响,进行三因素四水平的正交实验.实验发现,微波功率低,辐照时间短,碘值变化不明显;微波功率大,辐照时间长,活性炭烧损.综合考虑后,按表2所示的因素和水平,列出L 16(43)正交表进行微波辐照实验.表2 正交实验考察的水平和因素水平因素微波功率/W辐照时间/m i n 吸附量/(mg #g -1)1600126183240025215132004811514755125180碘值的测定:参照GB /T1249618-19995中华人民共和国国家标准木质活性炭试验方法碘吸附值的测定6.114 微波辐照对GAC 表面酸碱基团的影响用不同功率的微波对J X -206果壳炭辐照不同时间后,采用Boeh m 滴定法测定其表面官能团的变化,采用质量滴定法考察其零电点(PZC)的变化.115 微波辐照再生前后GAC 孔隙结构变化采用BET 法计算活性炭的比表面积,总孔容由相对压力为0199时的氮吸附量决定,采用t 图法表征微孔结构,BJ H 理论进行中孔分析.2 结果与讨论211 GAC 在微波场中的温升和干燥改变微波辐照活性炭的功率和时间,得到活性炭在微波场中的升温曲线和脱水曲线分别如图1、2所示.图1显示了GAC 在不同微波辐照功率下的升温行为,微波辐照功率越大,升温越快,辐照功率为100W 时,升温到1000e 大约需要13m i n ,而辐照功率为600W 时,升温到1000e 大约仅需要2m i n .从图1可以看出,活性炭的升温过程大致可分为两个阶段.活性炭从室温升至100e 的耗时比较长,这是因为该阶段正是水分挥发阶段.活性炭表面温度会稳定100e 左右一段时间,且功率越小,稳定的时间就越长,在这个时间内微波能几乎全部被水分挥发过程所吸收,所以活性炭表面温度变化不明显.待水分挥发完毕,活性炭进入第二阶段快速升温阶段,可以用以下经验公式[4]定量描述:T =c 1@exp (c 2/t),(1)式中:T 为GAC 表面在t 时刻的温度,c 1和c 2均为常数.不同功率微波辐照下GAC 表面快速升温阶段速率方程根据方程(1),拟合T ~t 曲线,得到相应参数及相关系数见表3.#32#材 料 科 学 与 工 艺第17卷图1活性炭在微波场中的温升行为图2G AC在不同微波辐照功率下干燥情况表3活性炭在微波场中升温速率方程参数功率/W c1c2R2 100 1.104-0.00170.995220015897-26.9190.9760300 1.644-0.04230.9457400189472-19.8610.9908500307429-15.6260.99336002610363-18.2130.9967用上述速率方程描述活性炭在微波场中的快速升温行为是符合实际的,虽然从方程中还不能反应出各影响因素对活性炭的升温影响,但已经能比较真实地反应升温过程.由图2可以看出,随着微波辐照时间的延长, G A C的含水率迅速下降,其中,功率为300~600W的微波辐照更能快速有效地干燥G AC.吸附饱和水的G A C(含水率为54%)用600W微波辐照,完全干燥仅需要2175m i n,每干燥1g水的能耗为010017k W#h,仅为马福炉加热能耗的几十分之一.212正交实验结果按正交计划进行辐照实验,测量每次废炭再生后的碘值.并对正交实验进行直观分析.结果见表4和表5.表4L16(43)正交实验结果序号微波功率/W辐照时间/m i n活性炭吸附量/(m g#g-1)碘值/(mg#g-1) 160012618378318260025215165317360048115169210460051251877719540015215180519640022618384017740041251877316840058115178917920018115173812102002125186311311200426183745191220055215179315137511251872017147528115172818157545215179813167552618383910表5L16(43)正交实验的直观分析水平因素微波功率辐照时间活性炭吸附量K K.K K.K K.1290772618530497621163209802136232108021492854713162305176218432909727123301075214529497371194308777117132008001052904725190R751648614376146其中:K为某一因素和水平条件下各指标值的和,K.为某水平下重复多次时K的平均值,R为某因素各种水平条件下K.的极大值与极小值的差.比较极差R可知,对再生后活性炭碘值影响最大的是辐照时间,从碘值来看400W,2m i n再生效果好.辐照强度过小不足以去除吸附的有机物,辐照强度过大可能会导致活性炭自身聚集能量过多使原有#33#第1期张威,等:微波辐照再生颗粒活性炭(GAC)的研究孔隙被烧毁,碘值反而降低.213 微波辐照对GAC 表面酸碱基团的影响在活性炭液相吸附或活性炭作为催化剂载体时,炭表面化学特性对吸附性能产生显著影响.本文考察了微波作用对活性炭表面官能团和PZ C 的影响.21311 Boehm 滴定测定表面官能团Boehm 滴定法根据不同强度的碱、酸性表面氧化物反应的可能性对氧化物进行定性与定量分析.通常认为,N a H CO 3(PK N a H CO 3=6137)仅中和炭表面的羧基,N a 2CO 3(PK 2N a 2CO 3=10125)可中和炭表面的羧基和内酯基,而N a OH (PK N a OH =15174)可以中和炭表面的羧基、内酯基和酚羟基.根据碱消耗量的不同,可以计算出相应官能团的量.取510g 活性炭置于微波炉内辐照,而后进行滴定计算各含氧基团含量,结果如表6所示.表6 活性炭经微波辐照后表面酸碱特性变化活性炭样品碱性基团/(mm ol #g -1)羧基/(mmo l #g -1)内酯基/(m m ol #g -1)酚羟基/(mmo l #g -1)PZC 不辐照0122650111750106030111478190200W -2m i n 0123410110580105800110539107200W -4m i n 0131490108930105440109709119400W -2m i n 0129470106350105210108769127400W -4m i n0142090104700103680106539139由表6数据可以看出,活性炭经过微波的辐照,其表面的羧基、内酯基和酚羟基等酸性基团的含量明显减少.而其表面的碱性基团含量由012265mmol/g 可以增加到014209mmol/g ,增加了近100%.由表6数据还可以看出,随着微波的辐照功率增大,辐照时间延长,则活性炭表面的碱性基团增加的越多,酸性基团减少的越多.由吸附理论可知,微波辐照活性炭将有利于活性炭对酸性物质的吸附.21312 零电点(PZ C)的测定零电点(PZC)为表征活性炭表面酸碱性的一个重要参数.它是指水溶液中固体表面净电荷为零时的pH 值,也称为零电荷点.质量滴定法是指在一定离子强度(NaC,l 0105N )的水溶液中不断加入一定量的活性炭直至p H 值不变为止,此时的p H 值即为p H pzc ,结果列于表6.经过微波辐照的活性炭p H pzc 值比不辐照有所增加,且辐照的强度越大,p H p zc 值增加的也越多,这个结果与Boehm 滴定测定活性炭表面官能团的结果相符.分析原因可能是在微波辐照活性炭的过程中,活性炭表面的含氧基团以C O 或C O 2的形式不断脱除,从而导致活性炭表面的酸性减弱.214 微波辐照再生活性炭前后孔隙结构变化实验考察了吸附饱和废弃活性炭和微波辐照再生活性炭的空隙结果变化,结果如表7、图3和图4所示.表7 活性炭再生前后结构参数对比材料平均孔径/nm比表面积/(m 2#g -1)微孔表面积/(m 2#g -1)总孔容积/(c m 3#g -1)微孔容积/(c m 3#g -1)中孔容积/(c m 3#g -1)大孔容积/(c m 3#g -1)废弃炭21213401614419011883010637010585010318再生炭21116811832511013447011456011087010379根据国际纯粹与应用化学联合会(I U P AC)的分类,活性炭的孔隙可以分为3种类型:微孔(直径<2nm)、中孔(亦称过渡孔,直径2~50nm )和大孔(直径>50n m ).由表7数据可以看出,再生后的活性炭结构明显优于废弃活性炭,其中比表面积和孔容积等指标再生炭比废弃炭增长了100%以上.图3和图4中分别是微波辐照前后活性炭的孔容积变化率(d V /d r )和孔表面积变化率(d A /d r )在不同孔径时的情况,其中:V 为孔容积(c m 3),A 为孔表面积(m 2),r 为平均孔径(n m ),孔容积和孔表面积在数值上分别与相应曲线和坐标横轴之间所围成的面积相等.由图3和图4不难发现,当活性炭的孔径大于10nm 时,二者的变化率曲线基本重合;当活性炭的孔径小于5nm 时,再生炭的曲线在废弃炭之上,这表明微波辐照再生活性炭主要作用在小于5nm 的孔上.为了更清楚地对二者进行比较,活性炭的孔容积和孔表面积在不同孔径范围的分布情况如图5和图6所示.对比图5和图6中数据可知,微波辐照处理废弃活性炭,主要表现在对活性炭微孔和部分中#34#材 料 科 学 与 工 艺 第17卷孔的改变.在活性炭的孔隙中吸附着有机物、残留炭和C O 、CO 2水蒸汽等气体,这些物质大部分集中在微孔中,微波作用下它们克服范德华力吸引,开始脱附,随着微波能量的聚集,在致热和非致热效应的共同作用下有机物一部分燃烧分解,一部分炭化.同时,活性炭阻塞的微孔被打开,形成较大的孔容积和孔表面积[8,9].通常,活性炭微孔数量的大小可以反映出活性炭吸附性能的优劣,在吸附过程中微孔起主要作用,中孔和大孔是为吸附质提供扩散的通道.微波辐照大大提高了废弃活性炭微孔的数量,所以使其恢复了吸附能力,达到了再生目的.图3 微波辐照前后活性炭孔容积变化率曲线图4 微波辐照前后活性炭孔表面积变化率曲线图5 微波再生前后活性炭孔容积比较图6 微波再生前后活性炭孔表面积比较3 结 论1)活性炭对微波有很好的吸收作用,采用功率为600W 的微波辐照2m i n ,活性炭表面温度达1000e .对再生后活性炭碘值影响最大的因素是辐照时间,从碘值来看400W,2m in 再生效果好.2)微波作用可以使J X -206型果壳炭表面的碱性基团增加近100%,使其PZC 明显增大.同时,很大程度上降低了其表面酸性基团,这将有利于活性炭对酸性物质的吸附.3)与废弃活性炭相比,微波辐照后的活性炭比表面积、孔容积都增加了100%左右,且微波主要作用于直径小于5nm 的活性炭孔.参考文献:[1]ANI A C O ,M E N *NDEZ J A ,PARRA J B .M icro wave 2i nduced regenera ti on of acti vated carbo ns poll uted with pheno.l A co m par iso n with conventio na l t her m a l regene r 2atio n [J].Carbon ,2004,42:1383-1387.[2]DOBREVSK I I .B i ol ogica l regene ratio n of acti va ted ca r 2bon [J].W a ter Sc iTech ,1998,21(1):141-143.[3]陈岳松,陈 玲,赵建夫.湿式氧化再生活性炭研究进展[J].上海环境科学,1998,17(9):5-7.[4]翁元声.活性炭再生及新技术研究[J].给水排水,2004,30(1):86-91.[5]金钦汉.微波化学[M ].北京:科学出版社,2001.[6]王 鹏.环境微波化学技术[M ].北京:化学工业出版社,2003.[7]LI U X T ,Q UA N X ,BO L L .Temperat ure m easure m ent ofG AC and deco mposi tio n of PCP l oaded on G AC and GAC 2supported copper ca t a l yst i n m icro wav e i rrad i ati on [J].Ap 2plied Catalysi s A :Genera,l 2004,264:53-58.[8]张国宇,王 鹏,姜思朋,等.微波辐射处理酯化废水的工艺技术研究[J].给水排水,2004,30(8):61-64.[9]傅大放,邹宗柏,曹 鹏.活性炭的微波辐照再生试验[J].中国给水排水,1997,13(5):7-9.(编辑 吕雪梅)#35#第1期张 威,等:微波辐照再生颗粒活性炭(GAC)的研究。
微波热解醋糟制备生物炭及其吸附性能研究
微波热解醋糟制备生物炭及其吸附性能研究摘要：本研究采用微波热解法制备了生物炭，并对其吸附性能进行了研究。
实验结果表明，微波热解法可以有效制备生物炭，生物炭具有较高的比表面积和孔容，对染料废水中的污染物有良好的吸附效果。
这为生物炭在水处理和环境修复领域的应用提供了理论基础。
关键词：微波热解；醋糟；生物炭；吸附性能1.引言生物炭是一种由生物质经过热解过程制备的炭质材料，具有高孔隙率、大比表面积和优良的吸附能力。
近年来，生物炭在水处理、土壤修复、气体吸附等领域得到了广泛的应用。
醋糟是酿酒废弃物中的一种，其含有丰富的有机物质和营养物质，但是由于其高浓度的有机物和难降解性，醋糟处理一直是酿酒行业的难点问题。
探究醋糟的资源化利用具有重要的理论和实际意义。
本研究旨在利用微波热解法制备生物炭，并研究其在染料废水处理中的吸附性能，为生物炭的资源化利用和环境修复提供理论支持。
2.实验材料和方法2.1 实验材料本实验采用醋糟作为原料，醋糟经过初步干燥后研磨成粉末状，用作制备生物炭的原料。
染料溶液采用甲基橙溶液，浓度为100 mg/L。
2.2 生物炭制备将醋糟粉末放入微波热解仪中，设定合适的加热温度和时间，进行微波热解制备生物炭。
随后，采用常规的水洗和干燥处理，得到最终的生物炭样品。
2.3 吸附性能测试采用专用的吸附仪器对生物炭的吸附性能进行测试，通过调整染料溶液的浓度和生物炭用量，研究生物炭在不同条件下的吸附效果。
利用Langmuir和Freundlich等吸附模型对实验数据进行拟合，分析其吸附机理和吸附能力。
3.实验结果与分析3.1 生物炭的制备经过微波热解制备，得到了均匀颜色的生物炭样品。
扫描电镜观察结果表明，生物炭表面呈现出丰富的微孔结构，孔隙分布均匀，表面粗糙度适中。
BET比表面积测试结果显示，生物炭的比表面积达到了2000 m²/g以上，孔容为1.5 cm³/g左右，表明生物炭具有较高的吸附能力。
分子筛吸附脱除乙醇中微量水的研究_范荣玉
武夷学院学报2013年第2期乙醇是用途广泛和用量极大的工业原料之一，广泛应用于食品、化工、医药、染料、国防等行业，同时也是十分重要的清洁能源；而乙醇含量大于99.2%的无水乙醇更是一种重要的基础化工原料，有着广泛的用途。
高浓度乙醇多数从发酵法制备的醇水混合溶液中通过共沸精馏[1,2]、萃取精馏[3]、加盐萃取精馏[4,5]等精馏方法制备。
这些方法在精馏时均须加入第三种物质，不但能耗较高、不经济，且加入的萃取剂、共沸剂等往往毒性大，污染严重。
因此，人们一直在进行无水乙醇低能耗制备工艺的研究，开发了分子筛分离法[6]、膜分离法[7,8]和生物质吸附法[9,10]等。
分子筛是具有分子数量级均匀微孔的天然或人工合成的化学物质，特别适宜选择性分离和纯化过程，且分子筛具有良好的耐热、抗湿性，不易被其他溶剂污染，可多次再生循环使用，吸附性好，吸附容量高，是一种比较理想的吸附剂[11]。
分子筛吸附脱水技术以其高效、低能耗和产品纯度高等特点备受关注[12,13]，对于有机物中微量水的脱除，分子筛吸附脱水工艺被认为是一种较好的选择。
本文从静态吸附平衡和固定床动态吸附两方面对分子筛吸附脱除乙醇中的微量水进行了研究，以期为分子筛吸附制备无水乙醇的工艺设计及优化提供参考。
1实验部分1.1试剂与仪器3A 、4A 、5A 分子筛，粒径准3-5m m ，国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇，国药集团化学试剂有限公司，纯度≥99.7%；绿冉酸，上海晶纯实业有限公司，化学纯。
S H A -B 恒温振荡器，常州国华电器有限公司；U V -2550型紫外分光光度计，日本岛津公司；B T 01-100型恒流泵，保定兰格恒流泵有限公司；S X 2-2.5-10型马弗炉，上海实研电炉有限公司。
1.2吸附剂处理与原料液的配制取适量分子筛磨碎并筛分处理，将所需粒径范围的分子筛洗去粉尘且烘干，然后置于马弗炉中以400℃烘烤活化4h ，冷却后将其置于真空干燥器中保存备用；无水乙醇用蒸馏水配成含水浓度各不相同的原料液。