郑 超,康 凯,周术元,王馨博,韩 浩,宋 华,白书培
AuthorsHTML:郑 超,康 凯,周术元,王馨博,韩 浩,宋 华,白书培
AuthorsListE:Zheng Chao,Kang Kai,Zhou Shuyuan,Wang Xinbo,Han Hao,Song Hua,Bai Shupei
AuthorsHTMLE:Zheng Chao,Kang Kai,Zhou Shuyuan,Wang Xinbo,Han Hao,Song Hua,Bai Shupei
Unit:军事科学院防化研究院国民核生化灾害防护国家重点实验室,北京 100191
Unit_EngLish:Research Institution of Chemical Defense,Academy of Military Sciences,Beijing 100191,China
Abstract_Chinese: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.
Abstract_English:Impregnated activated carbon(also referred to as impregnated carbon)is a key material for effective protection against certain toxic and harmful gases. The adsorption equilibrium of water vapor on impregnated carbon is the basic data needed to analyze the adsorption performance of certain toxic and harmful gases on impregnated carbon in a complex environment. Furthermore,it is of considerable significance for improving the use efficiency of protective equipment. In this study,two kinds of impregnated carbon(i.e.,JZ-1 and JZ-2)and the base carbon(BC)used to prepare these impregnated carbons were investigated. The water vapor adsorption/desorption curves of these three carbon materials were recorded by a micro-weight vacuum vapor adsorption apparatus. The oxygen-containing func\u0002tional groups on the surface of BC,JZ-1,and JZ-2 were characterized by Fourier transform infrared spectrometer, X-ray photoelectron spectrometer,and catalytic microreactor/mass spectrometer. Finally,Mahle’s adsorption equi\u0002librium model was used to fit the adsorption data. Results showed that,when the active components were impregnated with the BC,the pore size distribution was changed,the specific surface area was reduced,and the oxygen-containing functional groups on the surface were increased. The adsorption/desorption equilibrium of water vapor on the carbon material is affected by the pore volume and surface-oxygen-containing functional groups of the adsorbed material. In the temperature range of 293 K to 313 K,the pore volume determines the adsorption capacity of water vapor on these three carbon materials in the high partial pressure zone,and the surface-oxygen-containing functionalgroups determine the adsorption capacity of water vapor on these three carbon materials in the low partial pressure zone. The increase in oxygen-containing functional groups on the surface is the main reason for the unclosed hysteresis rings of JZ-1 and JZ-2. The higher the concentration of hydrophilic groups on the surface,such as carboxyl, carbonyl,and hydroxyl groups,the greater the amount of water vapor adsorbed in the low partial pressure zone and the greater the amount of residual water in the pore after reaching the desorption equilibrium. At the same absolute pressure(also referred to as the same water vapor concentration),the higher the temperature,the lower the amount of water vapor adsorbed. Mahle’s adsorption equilibrium model was used to fit the water vapor adsorption equilibrium data. The model can satisfactorily fit the water vapor adsorption equilibrium data for BC but exhibits certain deviation in fitting the water vapor adsorption equilibrium data for JZ-1 and JZ-2.
Keyword_Chinese:浸渍活性炭;水蒸气;吸附;孔容积;表面含氧官能团
Keywords_English:impregnated activated carbon;water vapor;adsorption;pore volume;surface-oxygen-containing functional group
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