氮掺杂活性炭在调节乙醇和异丁醇吸附性能中的作用

《Chinese Journal of Chemical Engineering》：The role of nitrogen-doped activated carbon in modulating the adsorption performance of ethanol and isobutanol

　　

秦刘|齐刘|徐圆圆|何文瑞|徐萌|崔龙哲|赵玉峰

摘要

了解活性炭（AC）与挥发性有机化合物（VOCs）之间的相互作用对于开发氮掺杂活性炭（NAC）作为高效的极性VOC吸附剂至关重要。然而，目前与NAC相关的研究主要集中在甲苯和丙酮等常规VOCs上，而NAC对具有不同空间结构的线性和支链醇类VOCs的差异吸附机制尚未得到系统阐明，这构成了本研究的关键空白。本研究通过响应面法（RSM）优化了活性炭的尿素改性过程，并在入口浓度约为5000 mg·m^–3、吸附温度为25 °C的条件下，对乙醇和异丁醇进行了固定床吸附-解吸实验。结果表明，NAC对乙醇和异丁醇的吸附容量分别提高了58.76%和12.28%， breakthrough时间分别延长了144.55%和51.56%。经过五次循环后，NAC对乙醇和异丁醇的再利用率仍分别保持在96%和80%以上。NAC对醇类的吸附主要表现为物理吸附；含氮官能团显著促进了乙醇的吸附，但对异丁醇的影响较小。密度泛函理论（DFT）计算证实，NAC通过调节活性炭的表面电子密度和极性增强了吸附能量，从而加强了与醇分子的吸附作用。