tiava

维普资讯

油学报（ 油加工）

ＡＣＴＡ ＰＥＴＲＯＬＥＩ ＳＩＮＩＣＡ（ＰＥＴＲＯＩ ＥＵＭ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＥＣＴＩＯＮ）

文章编号：１００１－８７１９（２００８）０４ ０４８４ ０４

第２４卷第４期

苯在活性炭纤维上吸附等温线的测定及分析

胡祖美，张 艳，王金渠，王胜强

（大连理工大学精细化工国家重点实验室，辽宁大连１１ ６０１２）

摘要：采用质量法在Ｃａｈｎ一２０００高真空电子天平上测定了温度２９８～３２８ Ｋ和压力Ｏ～１．５ ｋＰａ条件下苯在活性炭纤

维上的吸附等温线。用Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程处理实验数据，得到的吸附模型符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ模型，并根据吸附等温线用

Ｃｌａｕｓｉｕｓ—Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程计算出苯的等量吸附热。结果表明，苯的等量吸附热随着吸附量的增加而减小，由ｖａｎｔ

Ｈｏｆｆ方程计算苯在活性炭纤维上的平均吸附热为３９．７９ ｋＪ ｍｏｌ。 关

键

词：苯；活性炭纤维；吸附；等温线；吸附热

文献标识码：Ａ

中图分类号：０６４３．３６

ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＡＮＡＬＹＳＩＳ ＯＦ ＡＤＳＯＲＰＴＩＯＮ

ＩＳｏＴＨＥＲＭＳ ｏＦ ＢＥＮＺＥＮＥ ｏＮ ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ ＣＡＲＢｏＮ ＦＩＢＲＥ

ＨＵ Ｚｕ ｍｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎ—ｑｕ，ＷＡＮＧ Ｓｈｅｎｇ ｑｉａｎｇ

（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｉｎｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ．Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０１ ２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ ｏｆ ｂｅｎｚｅｎｅ ｏｎ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｒｅ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｕｎｄｅｒ ２９８—３２８ Ｋ

ａｎｄ ０——１．９９５ ｋＰａ ｂｙ ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄｓ ｕｓｉｎｇ ａ Ｃａｈｎ ２０００ ｅｌｅｃｔｒｏｂａｌａｎｃｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ ｗｅｒｅ

ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ Ｌａｎｇｍｕｉｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｅｎｄａｂｌｙ ｔｏ ｇｏｔ ａｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ｔＯ Ｌａｎｇｍｕｉｒ ｍｏｄｅ１．

Ｔｈｅ ｉｓｏｓｔｅｒｉｃ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｏｆ ｂｅｎｚｅｎｅ ＷａＳ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｃｌａｕｓｉｕｓ—Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ

ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ．Ｉｔ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｓｏｓｔｅｒｉｃ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｏｆ ｂｅｎｚｅｎｅ

ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｏｆ ｂｅｎｚｅｎｅ ｏｎ

ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｒｅ ｗａｓ ３９．７９ ｋＪ／ｍｏｌ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｖａｎｔ Ｈｏｆｆ ｅｑｕａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｅｎｚｅｎｅ；ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｉｓｏｔｈｅｒｍ；ｈｅａｔ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ

在有机化工生产过程中会排放大量的有机废气，

其中含苯废气的排放非常多见。对于含苯废气的处

理，工业上多采用颗粒活性炭吸附的方法，一 般在

普通固定单层吸附装置中进行 一，但吸附回收率

低。活性炭纤维对有机气体吸附效率高，吸、脱附

速率快，可再生循环使用，且易加工成任何形状，

有广阔的应用前景，是一种比较理想的环保材料一 。

河北中环环保设备有限公司利用活性炭纤维连续吸

附装置处理含苯废气，使苯的吸附效茶叶排名前十名 率达９７ 以

上 。

般来说吸附过程都是放热的，在连续吸附操作时，

如果热量得不到及时散失，就会使吸附剂温度升高，

从而降低吸附容量，因此，研究苯在活性炭纤维上 的吸附热有重要的实用意义。有关苯在吸附剂上的

吸附热的文献报道很少。笔者测定了不同温度下苯

在活性炭纤维上的吸附等温线，并根据吸附等温线

用Ｃｌａｕｓｉｕｓ—Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程计算得到苯的等量吸附

热，由ｖａｎｔ Ｈｏｆｆ方程计算出平均吸附热。

１ 实验部分

采用质量法在Ｃａｈｎ一２０００高真空电子天平上测

在吸附过程中热效应对于吸附有重要影响。一

收稿日期：２００７ ０７—２３

通讯联系人：王金渠，Ｔｅｌ：０，ｉ１１－８３６５３２２０；Ｅ—ＩＩ１８

维普资讯

第４期 苯在活性炭纤维上吸附等温线的测定及分析 ４８５

定苯在黏胶基活性炭纤维上的吸附等温线，实验装

置见文献［５］。在系统抽真空的同时，加热活性炭纤

维，使吸附其上的物质脱附；脱附结束后注入苯蒸

汽，控制一定压力，待吸附平衡后，读出吸附压力 和吸附剂质量；改变吸附压力重复上述实验，得到

不同压力下苯蒸汽在活性炭纤维上的平衡吸附量。

实验中，平衡温度的变化范围为２９８～３２８ Ｋ，问隔李煜代表作

为１Ｏ Ｋ。吸附压力的变化范围为Ｏ～１．５ ｋＰａ。

实验所用的黏胶基活性炭纤维为吉林辽源活性 炭纤维厂产品，比表面积为１０００ ｍ ／ｇ。实验所用

苯为沈阳试剂一厂产品，分析纯。

２结果与讨论

２．１吸附等温线

分别在２９８、３０８、３１８和３２８ Ｋ下测量苯在活

性炭纤维上的吸附量，绘出的吸附等温线如图１所

示。由图１可知，苯在活性炭纤维上的吸附等温线 为Ｉ型等温线；随着吸附温度的升高，苯在活性炭

纤维上的平衡吸附量下降。吸附为放热过程，当吸

附温度升高时，吸附平衡被打破，吸附分子动能增

加，更有利于脱附过程的进行，从而减弱了其吸附

过程，造成平衡吸附量下降。

取３２８ Ｋ时的吸附平衡数据，用Ｉ．ａｎｇｍｕｉｒ方

程和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程进行拟合，拟合曲线也示于

图］。用Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程拟合的曲线和实验曲线基本

／ｋＰａ

图１ 不同温度下苯在黏胶基活－陛炭纤维（ＡＣＦ）

上的吸附等温线

Ｆｉｇ．１ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｓｏｔｈｅｒｍｓ ｏｆ ｂｅｎｚｅｎｅ ｏｎ ＡＣＦ ａｔ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ

Ｔ／Ｋ：（１）２９８；（２）３０８；（３）３１８；（登记注册类型 ４）３２８；

（５）Ｌａｎｇｍｕｉｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ ｉｓｏｔｈｅｒｍ；

（６）Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｖｅ ｉｓｏｔｈｅｒＩＩ３，

吻合，说明低压条件下苯在活性炭纤维上的吸附模

型符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程。

２．２吸附热的计算

２．２．１等量吸附热的计算

等量吸附热也称微分吸附热，是指一定吸附量

时，再有无限小量的气相分子被吸附后所释放出来

的热量。由于吸附剂表面各点的吸引力势场不一样，

等读书心得体会800字 量吸附热是随着吸附量的不同而变化的，并且气

体分子总是优先占据较高能量的吸附位，因此等量

吸附热一般是随着吸附量的增加而逐步下降的。

等量吸附热（ＡＨ）由Ｃｌａｕｓｉｕｓ—Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程定

义 ，见式（１）。

△Ｈ一一Ｒ『

］ （ ）

式（１）中，＿厂表示气体的逸度，笔者用户来代替＿厂

计算，Ｒ表示气体常数。

在０．５～４．５ ｍｍｏｌ／ｇ的吸附量范围内共取６个

平衡值。不同温度下该平衡吸附量对应的吸附压力

由拟合的Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温线方程求得。分别用

不同平衡吸附量下的ｌｎｐ对１／Ｔ作图，得到１组等

量吸附线，如图２所示。从图２可以看出，平衡吸

附量一定时，ｌｎｐ与１／Ｔ基本上呈线性关系，因

此可以得到该直线的斜率，再根据式（１）计算出等量

吸附热。计算得到的等量吸附热为２７．６～

６６．１ ｋＪ／ｍｏｌ。不同的吸附量对应不同的吸附热，苯 在活性炭纤维上的等量吸附热与其吸附量的关系如

图３所示。

丁 ｌ０５／Ｋ

图２苯在活性炭纤维上的等量吸附线

Ｆｉｇ．２ Ｉｓｏｓｔｅｒｉｃ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ｏｆ ｂｅｎｚｅｎｅ ｏｎ ＡＣＦ

ｎ／（ｍｍｏｌ・ｇ ）：（１）０．５；（２）１；（３）２；（４）３；（５）４；（６）４．５

从图３可以看出，随着吸附量的增加，等量吸

附热呈下降趋势，当吸附量为０．５ ｍｍｏｌ／ｇ时，等量

维普资讯

４８６ 石油学报（石油加工） 第２４卷

吸附热为６６．１ ｋＪ／ｔｏｏｌ，当吸附量为４．５ ｍｍｏｌ／ｇ时，

等量吸附热降至２７．６ ｋＪ／ｍｏｌ。随着吸附量的增加，

等量吸附热下降可能是由于活性炭纤维表面的不均

匀性及被吸附苯分子之间的相互作用力造成的。活

性炭纤维表面上吸附中心的能量彼此不同，当苯分

子在这些不同中心上吸附时，产生的吸附力不同，

需要的能量不同，放出的吸附热就不同。开始时，

苯分子在微孔中吸附能力强的吸附中心上吸附，因

此产生的吸附热较大，但随着吸附量的增大，苯分

子只能吸附在有弱吸附力的吸附中心上，此时吸附

热就小，当发生多层吸附时，吸附热就更小。

／（ｍｍｏｌ ｇ ）

图３苯在活性炭纤维上等量吸附热（ＡＨ）

与其吸附量（ｎ）的关系

Ｆｉｇ．３ Ｉｓｏｓｔｅｒｉｃ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｈｅａｔ（ＡＨ）ＶＳ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ

ｃａｐａｃｉｔｙ（ｎ）ｏｆ ｂｅｎｚｅｎｅ封面图片 ｏｎ ＡＣＦ

２．２．２平均吸附热的计算

Ｈｅｎｒｙ定律常数与温度服从ｒａｎｔ Ｈｏｆｆ方程，

见式（２）。

ｄＴ

一 ＲＴ ２

（２）一

式（２）中，Ｋ 为亨利常数，ｍｍｏ１．ｋＰａ／ｇ；△Ｈ。为 平均吸附热，ｋＪ／ｍｏｌ；Ｔ为吸附温度，Ｋ，Ｒ为气

体常数。如果忽略相际热容差，可以得到式（３）的积

分结果。

ｌｎＫ ＝＝＝一

＋ｃ

（３）

式（３）中，Ｃ为积分常数。从式（３）可见，ｌｎＫ对 １／Ｔ的关系是线性的，平均吸附热△Ｈ。可从其斜率

决定。关键是求得亨利常数Ｋ ，在本实验中，采用

Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程求取亨利定律常数Ｋ。Ｌａｎｇｍｕｉｒ方

程是适用于描述Ｉ型等温线最普遍的模型，见

式（４）。

一

（４）

ｎ ０

ｌ十Ｄｐ

式（４）中，ｎ为吸附量，ｍｍｏｌ／ｇ；ｎ。为饱和吸附量

ｍｍｏｌ／ｇ；０为表面覆盖率；ｂ为吸附速率常数与解

析速率常数之专业见习 比；Ｐ为吸附平衡压力，ｋＰａ。当０趋于

０时，Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程转化为Ｈｅ夭山什么字 ｎｒｙ定律，见式（５）。

ｌ ｉｍ（ｎ

、

）一ｂｎ。一Ｋ

（５）

在用Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程处理实验数据时，可将式（４）写班主任工作交流

成式（６）的形式。

一

土＋

ｏ

ｎ ｏ

（６）

由式（６）可以看出，将ｐ／ｎ对Ｐ标绘可以得到１条

直线。由直线的斜率和截距可以计算得到ｎ。和

６ｎ。，６ｎ。即为所要求的Ｈｅｎｒｙ定律常数Ｋ 。图４ 给出了不同吸附温度下ｐ／ｎ对Ｐ标绘出得到的１组

直线。由这组直线的斜率和截距分别计算出不同吸

附温度下的ｎ。和Ｋ ，计算结果列于表１。

Ｐ／ＫＶａ

图４ 苯在活性炭纤维（ＡｃＦ）上吸附的ｐ‘，ｌｐ曲线

Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｐｉｏｔ０ｆ ｐ

‘ｐ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉ０ｎ

，ｌ

ｏｆ ｂｅｎｚｅｎｅ ｏｎ ＡＣＦ

Ｔ／Ｋ：（１）２９８；（２）３０８；（３）３１８；（４）３２８

表１ 由苯在活性炭纤维上吸附的詈‘ｐ

曲线的计算结果

Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ

ｐｉｏｔ０ｆ ｐ

，ｌ‘ｐ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉ０ｎ。ｆ ｂｅｎｚｅｎｅ ｏｎ ＡＣＦ

维普资讯

第４期 苯在活性炭纤维上吸附等温线的测定及分析 ４８７

４７８６．６。根据式（３）便可得到苯在活性炭纤维上的平

得到不同温度下Ｈｅｎｒｙ定律常数Ｋ 后，以ｌｎＫ

均吸附热△Ｈ。为３９．７９ ｋＪ／ｒｎｏｌ。

对１／Ｔ作图，如图５所示，线性拟合得到直线斜率为

４．８

参 考 文 献

４４

［１］赵毅，李守信．有害气体控制工程［Ｍ］．北京：化学工业

出版社，２００１．

４ Ｏ

［２］叶振华．化工吸附分离过程［Ｍ］．北京：中国石化出版

社，１９９２．

３ ６

ｒ３］ＮＡＶＡＲＲＩ Ｐ，ＭＡＲＣＨＡＩ Ｄ，ＧＩＮＥＳＴＥＴ Ａ．Ａｃｔｉｖａｔｅｄ

ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ＶＯＣ ｒｅｍｏｖａｌ＇ｌＪ］．Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ

３．２

３０５

Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，２００１，３８（１）：３４—４１．

３１ ５

３２５ 丁 １０ ／Ｋ

３３５ ３４５

［４］李守信，张文智，宋立民．用活性炭纤维吸附回收废气中

的苯［Ｊ］．化工环保，２００３，２３（４）：２２９—２３１．（ＬＩ Ｓｈｏｕ－

图５苯在活性炭纤维上吸附的ＩｎＫ＇－１／Ｔ曲线

Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ＩｎＫ＇－１／Ｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ

ｏｆ ｂｅｎｚｅｎｅ ｏｎ ＡＣＦ

ｘｉｎ。 ＺＨＡＮＧ Ｗｅｎ—ｚｈｉ， Ｓ０ＮＧ Ｌｉ—ｍｉｎ． Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ

ｂｅｎｚｅｎｅ ｆｒｏｍ ｗａｓｔｅ ｇａｓ ｂｙ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ

ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｌ－Ｊ］．Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，

２００３，２３（４）：２２９—２３１．）

３ 结 论

（１）在０～１．９９５ ｋＰａ的条件下，苯在黏胶基活

［５］张雄福，鲍钟英，殷德宏，等．吸附法脱除乙烯中少量氧

气的吸附剂研究ｌ－Ｊ］．石油化工，１９９８，２７（１）：８—１２．

（ＺＨＡＮＧ Ｘｉｏｎｇ—ｆｕ，ＢＡ０ Ｚｈｏｎｇ－ｙｉｎｇ，ＹＩＮ Ｄｅ—ｈｏｈｇ，

性炭纤维上的吸附等温线均为Ｉ型等温线，吸附模

型符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程。

（２）根据吸附等温线用Ｃｌａｕｓｉｕｓ—Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ计

算得到苯在黏胶基活性炭纤维上的等量吸附热为

２７．６～６６．１ ｋＪ／ｍｏｌ，且等量吸附热随着吸附量的增

加而减小；由ｖａｎｔ Ｈｏｆｆ方程计算得到其平均吸附

热为３９．７９ ｋＪ／ｔｏｏｌ。

ｅｔ ａ１． Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ０２ ｆｒｏｍ Ｃ２ Ｈ ４／ｏ２ ｍｉｘｔｕｒｅ ｂｙ

ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｌ＇Ｊ］．Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８，２７（１）：

８—１２．）

［６］ＭＡＮＪＡＲＥ Ｓ Ｄ，ＧＨＯＳＨＡＩ Ａ Ｋ．Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ

ｏｆ ｅｔｈｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｖａｐｏｒ ｏｎ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ

ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００６，４５（１９）：

６５６３—６５６９．

作者简介：

胡祖美（１９８２一），女，硕士研究生，从事活性炭纤维的制备及其对有机物吸附性能的研究； 张

艳（１ ９７２一），女，讲师，从事炭材料吸附剂及其应用技术研究；

王胜强（１ ９８２一），男，硕上研究生，从事无机膜的模拟和应用研究；

王金渠（１９４６一），男，教授，从事无机膜的制备和应用研究。