CN104360024B - 去除污染空气中no2吸附材料的动力学评价方法 - Google Patents

去除污染空气中no2吸附材料的动力学评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及吸附材料（活性炭）的评价方法，具体为一种去除污染空气中NO2吸附材料的动力学评价方法。按本方法操作就能得到稳定性强、准确可靠的试验数据。通过对试验所得参数进行归纳、整理和计算，选出最佳工艺条件所需材料，作为去除污染空气中NO2专用吸附材料，为大型隧道、车库或类似交通区域的空气净化装置研究和设计提供很好的理论依据。

Description

去除污染空气中NO2吸附材料的动力学评价方法
技术领域
本发明涉及吸附材料（活性炭）的评价方法，具体为一种去除污染空气中NO2吸附材料的动力学评价方法。
背景技术
去除污染空气中NO2专用吸附材料的动力学评价方法，是用于评价净化隧道、车库类似交通区域的受污染空气中NO2装置的一种净化效果的方法。
目前，国内尚无对NO2动态防护性能具有统一的试验装置、试验方法及检测手段。为保证去除污染空气中NO2专用吸附材料研究工作进度，以及今后对其它滤毒材料装置的研制，有必要设计并加工一种针对NO2动态防护性能测定装置及方法，及时准确的为大型净化装置的研究提供更系统、更全面的可靠数据。
发明内容
本发明的目的在于针对NO2专用吸附材料提供一种规范的试验方法，为大型隧道、车库或类似交通区域的空气净化装置的研究和设计提供试验参数，同时也是为吸附材料在实际使用过程中的安全提供理论依据。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种去除污染空气中NO2吸附材料的动力学评价方法，包括如下步骤：
1、试验装置包括：
（1）过滤系统，由活性炭净化罐和干燥塔组成，其中干燥塔内分层装填有变色硅胶和活性炭。
（2）湿度调节系统，由湿度调节器与干湿球温度计组成，调节、控制气流的湿度。
（3）流量控制系统，由孔板或毛细管流量计对气体流量进行调节和控制。
（4）有毒蒸汽与空气流混合系统：混合器采用内径为φ35mm×100mm的玻璃混合器，在其底部与侧面的不同部位共设置五个直径为9mm进气口，有毒蒸汽由此引入混合器，通过混合器内的多孔板充分混合后，得到混合均匀的含有所需有毒蒸汽组分的混合气体（构成有毒空气）。
（5）、NO2测定仪，测定管和NO2吸收瓶。
2、NO2吸附材料的测定
a、取某种NO2吸附材料（活性炭）放入测定管中，炭层厚度L=10～50mm；测定温度T=17～30℃。
b、外部空气通过过滤系统清洁后，一路清洁空气通过湿度调节系统调节湿度至50％，之后通入混合器。
c、另一路清洁空气携带NO2气体，通过流量控制系统调节流速后，通入混合器。
d、混合器内的有毒空气分为两路，一路经过NO2测定仪检测有毒空气中NO2气体的初始浓度，然后进入NO2吸收瓶，控制有毒空气内NO2初始浓度为CNO2=200～1800ppm；另一路经过流量计控制后通入测定管，测定管排放口接NO2测定仪，测定尾气内NO2气体的浓度，然后尾气进入NO2吸收瓶；测定过程中记录不同时间间隔下的尾气中含NO2气体的浓度，达到所需脱除率的NO2气体浓度为止，停止通气。
3、绘制NO2防护时间与NO2尾气浓度的关系曲线
在有毒空气中NO2初始浓度、比速和测定管中炭层厚度均不变的条件下，重复步骤2的过程，获得尾气中NO2浓度与吸附时间之间的数据材料，进而绘制成曲线图。
4、绘制NO2防护时间与炭层厚度的关系曲线
在有毒空气中NO2初始浓度和比速均不变的条件下，重复步骤2的过程，获得测定管中不同的炭层厚度与吸附时间之间的数据材料，进而绘制成曲线图。
5、绘制不同比速与防护时间的关系曲线
在有毒空气中NO2初始浓度和碳层厚度均不变的条件下，重复步骤2的过程，获得测定管中不同比速与防护时间之间的数据材料，进而绘制成曲线图。
6、结果的处理及表征
根据步骤3、4和5获得的曲线图，判断该待测吸附材料对有毒气体NO2的防护能力。
本方法在规定的实验条件下，将含有一定NO2蒸汽浓度的空气流不断地通过活性炭试样层，从通入开始，至透过的NO2浓度达到规定值，这段时间间隔作为活性炭对NO2蒸汽的防护时间。记录不同时间间隔下的尾气含NO2蒸汽的浓度与原始NO2蒸汽浓度，计算活性炭对NO2的脱除率及活性炭的单位吸附量。
本方法是模拟床层动力学的原理，建立的小型试验装置，通过不同条件的试验，选择各种最佳试验条件，为床层动力学工业化设计提供设计参数。目前此类试验方法的设计思路，也是国际通用的床层动力学工业化设计的基础，它广泛应用在化工、冶金、环境治理、化学防护等领域，具有小型化，快速、准确、方便、易操作等优点。
本发明设计合理，在试验过程中，只要按上述方法操作就能得到针对NO2吸附材料的稳定性强、准确可靠的试验数据；进而为防护器材炭层厚度设计、参数选取提供必要的依据。
附图说明
图1是二氧化氮防护时间测定装置的连接示意图。
图中，1-空气过滤罐，2-湿度调节器，3-干湿球温度计，4-混合球，5-有机蒸汽流量计，6- NO2钢瓶，7-第一NO2测定仪，8-第一NO2吸收瓶，9-气体流量计，10-测定管，11- NO测定仪，12-第二NO2测定仪，13-第二NO2吸收瓶，K1～K11-两通玻璃活塞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种去除污染空气中NO2吸附材料的动力学评价方法，包括如下步骤：
1、试验装置如图1所示，包括：
（1）过滤系统为空气过滤罐1，由活性炭净化罐和干燥塔组成，其中干燥塔内分层装填有变色硅胶和活性炭。
（2）湿度调节系统，由湿度调节器2与干湿球温度计3组成，调节、控制气流的湿度。
（3）流量控制系统，由孔板或毛细管流量计对气体流量进行调节和控制。
（4）有毒蒸汽与空气流混合系统：混合器采用内径为φ35mm×100mm的玻璃混合球4，在其底部与侧面的不同部位共设置五个直径为9mm进气口，有毒蒸汽由此引入混合球4，通过混合球4内的多孔板充分混合后得到混合均匀的含有所需有毒蒸汽组分的混合气体。
（5）、初始NO2浓度与尾气NO2浓度检测，根据浓度的量程范围及精度要求，可以选择不同量程范围的NO2测定仪器进行浓度的测定；准备测定管和NO2吸收瓶。
2、NO2吸附材料的测定
a、取某种NO2吸附材料（活性炭）放入测定管10中，炭层厚度L=10～50mm；测定温度T=17～30℃，优选为20～25℃。
b、打开玻璃活塞K1～K6，外部空气通过过滤系统清洁后，一路清洁空气通过湿度调节器2和干湿球温度计3调节湿度至50％，之后通入混合球4。
c、打开玻璃活塞K7，另一路清洁空气携带NO2气体（NO2气体储存于NO2钢瓶6内），通过有机蒸汽流量计5调节流速后，通入混合球4。
d、混合球4内充分混合构成有毒空气后，打开玻璃活塞K8，混合器内的有毒空气分为两路，一路有毒空气经过第一NO2测定仪7，用于检测有毒空气中NO2气体的初始浓度，然后进入第一NO2吸收瓶8，吸收NO2气体后再排放，通过控制有机蒸汽流量计5进而控制有毒空气内NO2气体初始浓度为CNO2=200～1800ppm（优选为800～1000ppm）；然后打开玻璃活塞K9、K10和K11，另一路有毒空气经过气体流量计9控制其比速后，通入测定管10内，测定管10排放口分别接第二NO2测定仪12和NO测定仪11，分别测定尾气内NO2和NO气体的浓度，经过第二NO2测定仪的尾气进入NO2吸收瓶，吸收NO2气体后再排放，NO气体由于对人体无害，可以直接排出，这里仅仅是检测一下尾气中NO气体的浓度，对本方法不产生实质性的影响。
上述测定过程中记录不同时间间隔下的尾气含NO2气体的浓度，达到所需脱除率的NO2气体浓度为止，停止通气。
3、绘制NO2防护时间与NO2尾气浓度的关系曲线
在有毒空气中NO2初始浓度、比速和测定管中炭层厚度均不变的条件下，重复步骤2的过程，获得尾气中NO2浓度与吸附时间之间的数据材料，进而绘制成曲线图。
例如，对试验条件：炭层高度10mm，NO2初始浓度1700ppm，比速1.20L/cm2·min，进行NO2防护性能试验，试验数据见表一。
表一、对NO2防护试验数据
从表一可以看出NO2防护时间与脱除率的关系，随着防护时间的增加，脱除率降低，当出口浓度达到规定值时脱除率可达99.8 %以上。对NO2防护时间与NO2尾气浓度绘制曲线，可得防护时间与尾气浓度方程（惠勒方程）。低浓度渗出曲线是研究一定厚度的吸着剂层穿透浓度变化规律的动态过程。
4、绘制NO2防护时间与炭层厚度的关系曲线
在有毒空气中NO2初始浓度和比速均不变的条件下，重复步骤2的过程，获得测定管中不同的炭层厚度与吸附时间之间的数据材料，进而绘制成曲线图。
例如，对试验条件：NO2初始浓度1700ppm，比速1.20L/cm2·min进行NO2不同炭层厚度的防护性能试验，试验数据见表二。
表二、不同炭层厚度与防护时间的关系试验数据
从表二中可以看出随着炭层厚度的增加，防护时间大大的提高。炭层为5mm时为炭层的无效层厚度，绘制L-θ曲线，从曲线中可得防护时间与炭层厚度的方程（希洛夫方程）。希洛夫方程（L-θ方程）是描述在有限吸附速度下，防护性能与浓度、比速、炭层厚度的关系，通过对典型对象L-θ曲线的分析，为防护器材炭层厚度设计、参数选取提供一定的依据。
5、绘制不同比速与防护时间的关系曲线
在有毒空气中NO2初始浓度和碳层厚度均不变的条件下，重复步骤2的过程，获得测定管中不同比速与防护时间之间的数据材料，进而绘制成曲线图。
例如，对试验条件：NO2初始浓度1700ppm，炭层厚度为10mm时进行NO2不同比速的防护性能试验，试验数据见表三。
表三、不同比速与防护时间的关系试验数据
从表三中可以看出随着比速的加大，防护时间随之降低，且呈线性关系。
6、结果的处理及表征
根据步骤3、4和5获得的曲线图，可以获得针对该待测吸附材料的稳定性强、准确可靠的试验数据，本领域技术人员可以容易地判断出该待测吸附材料对有毒气体NO2的吸附能力及参数。
在试验过程中，只要按本方法操作就能得到稳定性强、准确可靠的试验数据，可以对不同工艺条件的炭材料分别做相同试验条件下的防护性能评价。通过对试验所得参数进行归纳、整理和计算，选出最佳工艺条件所需材料，作为去除污染空气中NO2专用吸附材料，为大型隧道、车库或类似交通区域的空气净化装置研究和设计提供很好的理论依据。

Claims (1)

1.一种去除污染空气中NO2吸附材料的动力学评价方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、试验装置包括：
（ⅰ）过滤系统，由活性炭净化罐和干燥塔组成，其中干燥塔内分层装填有变色硅胶和活性炭；
（ⅱ）湿度调节系统，由湿度调节器与干湿球温度计组成，调节、控制气流的湿度；
（ⅲ）流量控制系统，由孔板或毛细管流量计对气体流量进行调节和控制；
（ⅳ）有毒蒸汽与空气流混合系统：混合器采用内径为φ35mm×100mm的玻璃混合器，在其底部与侧面的不同部位共设置五个直径为9mm进气口，有毒空气由此引入混合器，通过混合器内的多孔板充分混合后得到混合均匀的含有所需有毒气体组分的混合气体；
（ⅴ）、NO2测定仪，测定管和NO2吸收瓶；
（2）、NO2吸附材料的测定
a、取NO2吸附材料放入测定管中，所述NO2吸附材料为活性炭，炭层厚度L=10~50mm，测定温度T=20～25℃；
b、空气通过过滤系统清洁后，一路清洁空气通过湿度调节系统调节湿度至50％，之后通入混合器；
c、另一路清洁空气携带NO2气体，通过流量控制系统调节流速后，通入混合器；
d、混合器内的有毒空气分为两路，一路经过NO2测定仪检测NO2气体的初始浓度，然后进入NO2吸收瓶，控制有毒空气内NO2初始浓度为CNO2=800～1000ppm；另一路经过流量计控制后通入测定管，测定管排放口分别接NO2测定仪，测定尾气内NO2气体的浓度，尾气进入NO2吸收瓶；过程中记录不同时间间隔下的尾气含NO2气体的浓度，达到所需脱除率的NO2气体浓度为止，停止通气；
（3）、绘制NO2防护时间与NO2尾气浓度的关系曲线
在有毒空气中NO2初始浓度、比速和测定管中炭层厚度均不变的条件下，重复步骤2的过程，获得尾气中NO2浓度与吸附时间之间的数据材料，进而绘制成曲线图；
（4）、绘制NO2防护时间与炭层厚度的关系曲线
在有毒空气中NO2初始浓度和比速均不变的条件下，重复步骤2的过程，获得测定管中不同的炭层厚度与吸附时间之间的数据材料，进而绘制成曲线图；
（5）、绘制不同比速与防护时间的关系曲线
在有毒空气中NO2初始浓度和碳层厚度均不变的条件下，重复步骤（2）的过程，获得测定管中不同比速与防护时间之间的数据材料，进而绘制成曲线图；
（6）、结果的处理及表征
根据步骤（3）、（4）和（5）获得的曲线图，判断上述吸附材料活性炭对有毒气体NO2的防护能力。
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