超高交联吸附树脂对气体中三氯乙烯的吸附研究

离子交换与吸附, 2009, 25(5): 411 ~ 418

ION EXCHANGE AND ADSORPTION

文章编号：1001-5493(2009)05-0411-08

超高交联吸附树脂对气体中三氯乙烯的吸附研究*

刘鹏1龙超1,2,3**李莹1李爱民1,2,3张全兴1,2,3

1 污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京大学环境学院，南京 210093

2 国家环境保护有机化工废水处理与资源化工程技术中心，南京 210046

3 江苏省有机毒物污染控制与资源化工程技术研究中心，南京 210046

摘要：研究了超高交联吸附树脂NDA-201对气体中三氯乙烯 (TCE) 的静态吸附行为。分别采

用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Astakov模型方程对吸附平衡数据进行了拟合分析，并探

讨了吸附机理。实验结果表明，Dubinin-Astakov方程能较好地拟合吸附平衡数据，表明微孔填

充在吸附过程中起着很重要的作用。此外，研究了气体中TCE在NDA-201上的动态吸附行为，并用半经验方程Yoon-Nelson模型对穿透曲线进行拟合，实验数据与模拟值吻合良好。

关键词:超高交联吸附树脂；三氯乙烯；吸附；穿透曲线

中图分类号：O647.3 文献标识码：A

1 前言

气体中挥发性有机物是石油、化工、制药、印刷、喷漆、制鞋等行业在生产中产生的最常见的污染物，这些有机物在环境中普遍存在，对人体大都具有毒害作用，并且已有一部分被列入致癌物及优先控制污染物[1,2]。从环境保护的角度来考虑，解决广泛存在的挥发性有机物的污染问题已经刻不容缓。目前处理VOCs的常用方法[3]有两类：一类是破坏性方法，如焚烧和催化燃烧等，即将VOCs转化为CO2和H2O；另一类是非破坏性方法，如吸附、冷凝和膜分离等。其中活性炭吸附法已经被认为是一种十分有效的治理和回收VOCs 的方法[4~6]。但是，在实际的操作中，活性炭吸附工艺通常会遇到燃烧、堵孔、强吸湿以及难脱附高沸点有机物等问题[7]。所以，十分有必要去开发一种新型的吸附剂去克服这些问题。

近年来，超高交联吸附树脂[8~9]作为第3代高分子聚合物吸附剂，在有机废水治理中[10,11]显示出了比活性炭更优良的吸附性能，已逐步成为替代性的吸附材料[12~14]。与活性炭相比，超高交联吸附树脂具有物理化学性质稳定、表面基团和孔结构可调控、容易脱附等特点。但是，采用吸附树脂来治理和回收气体中挥发性有机物研究在国内外鲜有报道。

* 收稿日期：2008年12月23日

项目基金：江苏省环保厅科技项目(项目编号：2007029)

作者简介：刘鹏(1983~), 男, 安徽省人, 硕士研究生. ** 通讯联系人 Email: clong@

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Ion Exchange and Adsorption 2009年10月选用工业上广泛使用的三氯乙烯 (TCE) [15]作为目标污染物，研究了超高交联吸附树脂NDA-201对气体中TCE的静态吸附行为，并采用Langmiur、Freundlich、Dubinin-Astakov[16,17] 等理论方程对吸附平衡数据进行拟合分析。另外，应用一个半经验模型Yoon-Nelson模型[18] 对TCE在不同条件下的穿透曲线进行模拟预测，为超高交联吸附树脂在气体中挥发性有机物的治理方面提供了重要的理论依据。

2 实验部分

2.1 实验材料

超高交联吸附树脂NDA-201由江苏南大戈德环保科技有限公司提供。三氯乙烯购于南京宁试化工试剂有限公司(纯度≥99.5%)。

2.2 实验方法

2.2.1 树脂的预处理

NDA-201树脂用色谱级甲醇抽提24h，以除去树脂合成过程中残留在孔道内溶剂及致孔剂等，然后在333K下真空干燥至恒重备用。

2.2.2 吸附实验

图1 固定床吸附实验装置

采用固定床吸附装置研究吸附过程，如图1所示。装置由配气、吸附、恒温、检测4个部分组成。实验按以下步骤进行：高纯氮气被分成两路，分别由质量流量控制计 (MFC) 精确控制高纯氮气流量，一路氮气通过装有TCE的溶剂瓶得到饱和TCE蒸汽，再与另一

第25卷第5期 离 子 交 换 与 吸 附 ·413·

路氮气混合稀释，通过改变两路气体的体积比，得到不同浓度的TCE 蒸汽。通过缓冲装置的TCE 蒸汽进入装有吸附剂的吸附柱，柱后的TCE 蒸汽浓度每隔一段时间由气相色谱在线检测。当测定到出口气浓度达到进口气浓度后，可认为吸附剂达到吸附平衡。由吸附反应初始及平衡后吸附剂的质量差值确定TCE 的平衡吸附容量。

3 结果与分析

3.1 吸附剂结构表征分析

NDA-201的孔结构参数可由物理吸附分析仪ASAP 2020 (Micromeritics Instrument Co., USA) 测定77K 时的氮吸附-脱附等温线来确定。

图2为NDA-201的N 2吸附-脱附等温线，可知该等温线属于IUPAC 分类的II 型，表明NDA-201孔结构中既具有丰富的微孔又含有一定量的中孔和大孔，采用密度函数理论 (DFT) 计算得到的孔径分布图也清晰地显示NDA-201具有从微孔到大孔的连续孔分布，并且在微孔区具有明显的单高峰。其主要的孔结构参数见表1。

图 2 超高交联吸附树脂NDA-201的孔径分布曲线 (a) 和77K 时N 2吸附－脱附等温线 (b)

表1 NDA-201的孔结构参数

比表面积 (m 2/g) 微孔表面积 (m 2/g)总孔容积 (mL/g)

微孔容积 (mL/g)

中孔容积 (mL/g)

855.6 508.1 0.521 0.303 0.202

3.2 吸附等温曲线拟合

对NDA-201在温度303K 、318K 、333K 下吸附气体中TCE 的平衡实验数据分别用表2中的Langmiur 、Freundlich 、Dubinin-Astakov 等吸附等温线方程进行拟合，拟合结果见表3和图3。

0.00

0.01

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0.04

V i n (c m 3

/g S T P )

D (nm)

V o l u m e a d s o r p t i o n (c m 3

/g S T P )

Relative pressure (P /P 0)