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活性炭等温吸附SO2的研究

作　者: 黄贵杰
导　师: 李立清
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 活性炭 吸附 孔隙结构 官能团 吸附动力学 传质系数
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


摘要：本文选用4种商业活性炭作为脱硫吸附剂,采用孔径分析仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱与Bohem滴定测试活性炭孔隙结构与表面官能团。以SO2/O2/N2/H2O为模拟烟气,进行固定床等温吸附实验。研究固定床工艺参数对SO2吸附性能的影响,关联分析活性炭物性与S02吸附量的关系,分析活性炭吸附SO2的吸附动力学和吸附平衡,建立活性炭固定床传质模型。主要研究内容及结论包括：(1)考察固定床工艺参数对SO2吸附性能影响。结果表明：穿透时间及SO2吸附量随着相对湿度的增大而增加。粒径减小时,穿透时间和SO2吸附量增大。进气浓度增大时,穿透曲线变陡,穿透时间指数下降,SO2吸附量在低浓度区增加明显。吸附温度增大时,穿透曲线变陡,穿透时间和SO2吸附量急剧下降。床层高度增高时,穿透曲线变平缓,穿透时间显著增加,吸附量微升。空塔速度增大,穿透曲线变陡,穿透时间减小,吸附量增大。(2)关联分析活性炭物性与SO2吸附量的关系。结果表明：次微孔孔容、微孔孔容和微孔比表面积与吸附量存在明显线性相关,超微孔存在不利于S02吸附。活性炭孔隙结构对吸附量影响大小为：次微孔孔容>微孔孔容>微孔比表面积>总比表面积>总孔容>超微孔孔容。吸附量随着酸性官能团的增加而减小,随着碱性官能团的增加而增大,碱性官能团对SO：吸附有促进作用。(3)分析活性炭吸附SO2的吸附动力学和吸附平衡。结果表明：动力学模型非线性拟合效果为：Bangham模型>Lagergren模型>Ho模型>Elovich模型。吸附等温线线性拟合效果为：Redlich-Peterson> Freundlich> Langmuir-1> Langmuir-2> Langmuir-3> Langmuir-4;而非线性拟合效果为：Redlich-Peterson> Freundlich> Langmuir。 Redlich-Peterson和Freundlich非线性拟合优于线性拟合。(4)建立活性炭固定床传质模型,考察传质系数、温度、浓度和空塔速度对浓度分布的影响。结果表明：模拟值和实验值能较好的吻合。传质系数减小,传质区变宽,浓度曲线变缓。吸附温度和进气浓度增大,传质区移动速度加快；空塔速度增大,传质区由短变长,吸附穿透时间减小；传质系数随吸附温度和空塔速度的增大而增大；进气浓度增大到一定程度时,传质系数不再增加。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-21
  1.1 研究背景  10
  1.2 烟气脱硫技术综述  10-13
    1.2.1 湿法烟气脱硫  11
    1.2.2 半干法烟气脱硫  11-12
    1.2.3 干法烟气脱硫  12-13
  1.3 活性炭吸附法烟气脱硫  13-19
    1.3.1 吸附机理  13-14
    1.3.2 工艺参数对吸附性能的影响  14-15
    1.3.3 活性炭物性对吸附性能的影响  15-17
    1.3.4 吸附动力学与等温线  17-19
  1.4 研究的主要内容及目的  19-20
  1.5 研究的创新点及意义  20-21
2 固定床工艺参数对吸附性能影响  21-29
  2.1 实验  21-23
    2.1.1 实验材料  21
    2.1.2 等温吸附实验装置  21-23
  2.2 结果与讨论  23-28
    2.2.1 吸附剂对吸附性能的影响  23
    2.2.2 相对湿度对吸附性能的影响  23-24
    2.2.3 颗粒粒径对吸附性能的影响  24-25
    2.2.4 进气浓度对吸附性能的影响  25
    2.2.5 吸附温度对吸附性能的影响  25-26
    2.2.6 床层高度对吸附性能的影响  26-27
    2.2.7 空塔速度对吸附性能的影响  27-28
  2.3 本章小结  28-29
3 活性炭物性对吸附性能影响  29-49
  3.1 活性炭的物性测试  29-33
    3.1.1 活性炭的表观形貌  29-30
    3.1.2 活性炭的比表面积与孔容  30-31
    3.1.3 活性炭的表面官能团  31-32
    3.1.4 活性炭的吸附量  32-33
  3.2 结果与讨论  33-47
    3.2.1 比表面积对吸附性能的影响  34-37
    3.2.2 孔容对吸附性能的影响  37-42
    3.2.3 表面官能团对吸附性能的影响  42-45
    3.2.4 吸附能对吸附性能的影响  45-47
  3.3 本章小结  47-49
4 活性炭吸附动力学与等温线预测  49-72
  4.1 数学模型  49-51
    4.1.1 动力学模型  49-50
    4.1.2 吸附等温线  50-51
  4.2 结果与讨论  51-70
    4.2.1 动力学分析  51-62
    4.2.2 吸附等温线预测  62-70
  4.3 本章小结  70-72
5 固定床吸附过程模拟  72-81
  5.1 模型概况  72-74
    5.1.1 模型假设  72-73
    5.1.2 数学模型  73-74
  5.2 模型求解  74-75
  5.3 结果与讨论  75-79
    5.3.1 模型验证  75
    5.3.2 吸附床浓度分布规律  75-76
    5.3.3 传质系数对气相浓度分布的影响  76-77
    5.3.4 吸附温度对气相浓度分布的影响  77-78
    5.3.5 进气浓度对气相浓度分布的影响  78
    5.3.6 空塔速度对气相浓度分布的影响  78-79
  5.4 本章小结  79-81
6 结论与后续工作  81-83
  6.1 结论  81-82
  6.2 后续工作  82-83
参考文献  83-91
攻读学位期间主要研究成果  91-92
致谢  92

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废气的处理与利用 > 脱硫与固硫
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