一种基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量预测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量的预测方法，属于废气治理技术领域。本发明专利技术使用2个或以上具有集中孔径分布的多孔材料为模型吸附材料，探究特定吸附条件下能够发生填充式吸附的临界孔道尺寸。由于填充式吸附遵循体积填充机制，该部分吸附量与密度以及发生了填充式吸附的孔容相关。而未发生填充式吸附的孔则是单层或多层吸附的表面覆盖机制，该部分吸附量与相应的比表面积相关。本发明专利技术根据发生了填充式吸附的孔的孔容和覆盖式吸附的孔的比表面积，设一个二元一次方程，并解出方程的系数，进一步通过引入孔径差异和压力变化对吸附量的影响实现系数的校正，获得能够根据吸附材料的孔结构预测其对VOCs吸附量与等温线的方程。吸附量与等温线的方程。吸附量与等温线的方程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量预测方法


[0001]本专利技术涉及废气治理
，特别涉及一种基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量预测方法。

技术介绍

[0002]挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)的排放不但对环境造成严重污染，还会对人体健康造成直接或间接的危害。目前，VOCs的末端治理技术主要包括：催化燃烧、生物降解、低温等离子体、光催化降解、吸附回收、冷凝和膜分离等。其中，吸附法具有易于操作、净化效率高、适用范围广、能够与其他处理技术结合等优点，被广泛应用于VOCs处理与回收，是应用最为广泛的VOCs控制技术之一。吸附材料的开发是VOCs吸附技术发展的重要基础，吸附材料的选择，需要综合考虑材料的结构性质、成本、吸附量、吸附速率、再生性能及其与被吸附的VOCs废气之间的匹配关系等诸多因素。
[0003]尽管吸附技术处理VOCs已经得到广泛的应用，但是对于VOCs的吸附过程的研究，仍存在很多科学问题没有得到解决，如吸附材料的孔结构和VOCs吸附能力之间具体的构
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效关系不够清楚。吸附材料对VOCs的吸附过程中，会受到众多因素的影响。首先，吸附材料的性质如孔结构和表面性质是影响吸附的主要因素；其次，VOCs种类繁多本身的物化性质(如极性、沸点、分子量等)差异较大导致吸附过程不能一概而论；此外，环境的温度、湿度、共存污染物等也会对吸附过程产生重要影响。因此，由于VOCs吸附过程的复杂性，现有指导规律通常不够精确，比如通常认为比表面积越大对VOCs的吸附容量越高，微孔可以提供较强的吸附力但也会使脱附困难。这些规律通常不够精确，仍需要结合大量的尝试与摸索才能找到可能的比较适用的吸附材料。
[0004]目前的研究中，基本上都将众多影响因素混在一起，只能在研究者自己的一系列样品中，得到一些吸附量与比表面、平均孔径、孔隙率等参数之间的正相关或负相关等的趋势。总体而言，这些规律普遍比较笼统，不足以指导VOCs的吸附工艺和吸附材料的开发。吸附材料孔结构的进一步优化，缺乏孔径尺寸与吸附性能之间定量化的参考依据。如果存在一种吸附量预测方法，能够根据吸附材料的孔结构等性质，预测出材料对特定VOCs在特定压力与温度下的吸附量，将能够对吸附技术与吸附材料的开发提供有力的参考依据。
[0005]目前，尚未形成可推广至不同VOCs种类在不同温度和压力下的吸附回收的吸附量预测方法，从而在一定程度上限制了对特定VOCs的吸附具有专用性的吸附材料的开发。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量预测方法。本专利技术提供的预测方法可以实现不同吸附材料在特定条件下对挥发性有机物的吸附量与吸附等温线的预测。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量的预测方法，包括以下
步骤：
[0009](1)提供2个或2个以上具有集中孔径分布的多孔材料为模型吸附材料，测试孔结构参数，测试在特定吸附温度下吸附材料对特定VOCs的吸附等温线，得到任一压力下吸附材料的吸附量Q；
[0010](2)根据所述吸附等温线获得各模型吸附材料发生填充式吸附时所对应的压力区间，取所述压力区间的中间值作为临界压力点P
C
，将所述临界压力点P
C
与该吸附材料的孔径分布的中间值相对应，将该孔径分布的中间值作为临界压力点P
C
下能够发生填充式吸附的临界孔道尺寸D
C
；
[0011](3)以所述临界孔道尺寸D
C
为分界点，根据孔结构测试的结果分别得到所述吸附材料在临界孔道尺寸D
C
以下的孔的孔容V
C
和临界孔道尺寸D
C
以上的孔的比表面积S
C
；
[0012](4)所述吸附量Q、孔容V
C
、比表面积S
C
满足基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量预测方程Q＝f(V
C
,S
C
)，即公式1：
[0013]Q＝f(V
C
,S
C
)＝a
×
ρ
×
V
C
+b
×
S
C 公式1；
[0014]公式1中，Q为单位质量的吸附材料对VOCs的吸附量，g/g；
[0015]a为填充式吸附的系数，无单位；
[0016]ρ为该特定吸附温度下的液态VOCs的密度，g/cm3；
[0017]V
C
为在临界孔道尺寸D
C
以下的孔的孔容，cm3/g；
[0018]b为覆盖式吸附单位比表面积上VOCs的吸附量，g/m2；
[0019]S
C
为临界孔道尺寸D
C
以上的孔的比表面积，m2/g；
[0020](5)在相同的吸附温度下测试其余吸附材料的对特定VOCs的吸附等温线，按照步骤(1)～(3)获得其余吸附材料对应的吸附量Q、孔容V
C
、比表面积S
C
，带入至公式1中获得a和b的具体数值，获得基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量预测方程。
[0021]优选的，所述具有集中孔径分布的吸附材料的数量≥2。
[0022]优选的，所述步骤(1)中还包括：
[0023]利用商业化的比表面积与孔隙结构分析仪的测试，通过DFT圆柱形孔的计算模型，获得吸附材料的孔结构参数，所述孔结构参数包括孔径分布、特定孔径尺寸范围内的孔容、特定孔径尺寸范围内的比表面积。
[0024]优选的，所述步骤(2)中还包括：
[0025]根据所述2个或以上具有集中孔径分布的吸附材料的压力点和对应的临界孔道尺寸D
C
，获得所述压力点P
C
和临界孔道尺寸D
C
的线性关系曲线，即公式2：
[0026]D
C
＝k
×
P
C
+D
0 公式2；
[0027]公式2中，D
C
为压力点P
C
下能够发生填充式吸附的临界孔道尺寸，nm；
[0028]k为临界孔径尺寸与压力之间线性关系的斜率，nm/mbar；
[0029]D0为线性关系中当压力趋近于0时D
C
的数值，nm；
[0030]根据公式2，结合吸附材料的孔结构参数分别求出任一临界孔径D
C
时对应的临界孔道尺寸以下的孔的孔容V
C
和临界孔道尺寸以上的孔的比表面积S
C
。
[0031]优选的，还包括将不同吸附材料孔径尺寸大小的差异和压力的变化作为参数引入基于填充式吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量的预测方法，包括以下步骤：(1)提供2个或2个以上具有集中孔径分布的多孔材料为模型吸附材料，测试孔结构参数，测试在特定吸附温度下吸附材料对特定VOCs的吸附等温线，得到任一压力下吸附材料的吸附量Q；(2)根据所述吸附等温线获得各模型吸附材料发生填充式吸附时所对应的压力区间，取所述压力区间的中间值作为临界压力点P
C
，将所述临界压力点P
C
与该吸附材料的孔径分布的中间值相对应，将该孔径分布的中间值作为临界压力点P
C
下能够发生填充式吸附的临界孔道尺寸D
C
；(3)以所述临界孔道尺寸D
C
为分界点，根据孔结构测试的结果分别得到所述吸附材料在临界孔道尺寸D
C
以下的孔的孔容V
C
和临界孔道尺寸D
C
以上的孔的比表面积S
C
；(4)所述吸附量Q、孔容V
C
、比表面积S
C
满足基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量预测方程Q＝f(V
C
,S
C
)，即公式1：Q＝f(V
C
,S
C
)＝a
×
ρ
×
V
C
+b
×
S
C 公式1；公式1中，Q为单位质量的吸附材料对VOCs的吸附量，g/g；a为填充式吸附的系数，无单位；ρ为该特定吸附温度下的液态VOCs的密度，g/cm3；V
C
为在临界孔道尺寸D
C
以下的孔的孔容，cm3/g；b为覆盖式吸附单位比表面积上VOCs的吸附量，g/m2；S
C
为临界孔道尺寸D
C
以上的孔的比表面积，m2/g；(5)在相同的吸附温度下测试其余吸附材料的对特定VOCs的吸附等温线，按照步骤(1)～(3)获得其余吸附材料对应的吸附量Q、孔容V
C
、比表面积S
C
，带入至公式1中获得a和b的具体数值，获得基于填充式吸附的挥发性有机物吸附量预测方程。2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述具有集中孔径分布的吸附材料的数量≥2。3.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中还包括：利用商业化的比表面积与孔隙结构分析仪的测试，通过DFT圆柱形孔的计算模型，获得吸附材料的孔结构参数，所述孔结构参数包括孔径分布、特定孔径尺寸范围内的孔容、特定孔径尺寸范围内的比表面积。4.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤(2)中还包括：根据所述2个或以上具有集中孔径分布的吸附材料的压力点和对应的临界孔道尺寸D
C
，获得所述压力点P
C
和临界孔道尺寸D
C
的线性关系曲线，即公式2：D
C
＝k...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中申，郝郑平，吴文清，黎刚刚，李文鹏，王欣欣，程杰，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：