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水蒸气在浸渍活性炭上的吸附平衡

2021-04-06周术元王馨博白书培

郑 超,康 凯,周术元,王馨博,韩 浩,宋 华,白书培

(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)

把一些活性组分浸渍到活性炭表面及孔隙内部制备出的浸渍活性炭(简称浸渍炭)是特种化学有毒气体防护的基础材料,广泛应用于环境保护及军事化学领域[1].环境中水蒸气普遍存在,特别是高温高湿的环境下,由于水蒸气与其他气体之间竞争吸附的影响,浸渍炭等多孔材料对有毒有害气体的吸附能力会显著降低[2-3].研究水蒸气在浸渍炭上的吸附平衡是揭示水蒸气与有毒气体竞争吸附机理的前提,对新型浸渍炭材料制备以及化学防护装备的有效使用具有重要作用.

水蒸气在多孔炭材料上的吸附平衡主要通过吸附等温线进行描述[1,4-5].受孔隙结构、表面官能团及温度等因素影响,多孔炭材料上水蒸气的吸附等温线类型和脱附滞后环表现不同.研究表明[6-11],孔隙结构决定高分压区的水蒸气吸附行为;表面官能团影响低分压区的水蒸气吸附行为.当表面官能团种类较少、浓度较低时,以微孔为主的活性炭,其吸附等温线主要表现为Ⅴ型,滞后环类似于三角形[6,10];而以中孔为主的活性炭,滞后环类似于平行四边形[6,10].伴随表面官能团(主要是含氧官能团)种类增多、浓度增大,吸附等温线会出现Ⅰ、Ⅳ型[12].经典吸附理 论[1,4]、水分子簇吸附理论[6]常被用于解释水蒸气在多孔炭材料上的复杂吸附行为.经典吸附理论[1]认为:p/p0<0.4时,水分子在微孔中的吸附过程表现为微孔充填,吸附行为由吸附质与多孔材料孔壁之间的相互作用力决定;……

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