改性活性炭纤维多孔材料脱附-降解协同再生过程传热传质机理研究

基本信息
批准号:51806083
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:马强
学科分类:
依托单位:江苏大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:徐丽,宋志龙,颜佳,纪燕男,徐俊才,姚东梅
关键词:
孔隙尺度格子玻尔兹曼方法传热传质多孔介质脱附再生
结项摘要

The desorption regeneration of adsorption materials and volatile organic compounds (VOCs) degradation are indispensable to the treatment technology of VOCs using the adsorption method. Due to the degradation of VOCs in situ cannot be achieved synchronously in the traditional desorption regeneration process of the porous activated carbon fibers materials, this research proposal aims to develop a synergistic regeneration method of the desorption-degradation of the modified activated carbon fibers. The proposed method tries to control the electric power and the degradation rate dynamically, thus facilitating the regeneration of adsorption materials and the degradation of VOCs in situ synchronously. The experimental study is used to investigate the effects of temperature and ozone concentration on the efficiency and stability of the synergistic regeneration process. Meanwhile, a lattice -Boltzmann simulation model, which is coupled with the desorption and degradation reaction, is developed to explore the heat and mass transfer process, and the coupling mechanism with VOCs desorption and degradation in the porous structures of activated carbon fibers materials. On the basis of the experimental study and numerical simulation, the results can be used to elucidate the effects of operation condition, heat and mass transfer behavior on the performance of synergistic regenerative process, then optimize the control mechanism of regeneration process and the porous structures of modified activated carbon fibers materials. Consequently, this project can offer theoretical foundation for the high efficiency regeneration technology of activated carbon fiber porous materials with VOCs degradation in situ.

吸附材料的脱附再生及挥发性有机物(VOCs)降解是吸附法处理VOCs技术不可或缺的重要环节。针对传统的活性炭纤维材料电热脱附再生工艺无法同步实现VOCs原位降解等问题,项目拟提出改性活性炭纤维多孔材料的脱附-氧化降解协同再生方法,尝试采用动态调控电热功率及氧化降解速率的方式,利用两者协同作用提高吸附材料再生过程性能并实现VOCs的原位降解。项目通过实验研究分析温度、臭氧浓度等因素对协同再生过程效率及稳定性的影响规律,并发展耦合脱附作用及降解反应的格子Boltzmann模拟方法,探索活性炭纤维多孔吸附材料复杂孔隙结构内传热传质过程以及与VOCs脱附、降解行为的耦合作用关系。结合实验和数值模拟研究结果阐明运行条件及热质传递行为对协同再生过程的影响机理,进而寻求协同再生运行过程调控机制及多孔材料结构优化方法。项目实施将为发展VOCs原位降解的活性炭纤维多孔材料高效再生技术提供理论依据。

项目摘要

吸附材料的脱附再生及挥发性有机物(Volatile Organic Compounds, VOCs)降解是吸附法处理VOCs技术不可或缺的重要环节。为探索用于VOCs脱除的改性活性炭纤维(Activated carbon fiber, ACF)多孔材料电热脱附-臭氧降解协同再生方法,揭示ACF毡材料孔隙结构内热质传递及与电热脱附、臭氧降解之间的耦合作用机理。项目建立了耦合VOC吸/脱附及降解反应作用的传输过程格子Boltzmann(LB)模型,阐明了载气流速、再生温度及臭氧浓度等运行条件以及孔隙结构变形对多孔材料再生过程的影响规律;提出了ACF毡内部非均质电沉积二氧化锰纳米颗粒的改性方法。.研究结果表明:(1)在电热脱附过程中,增大电功率可以提高重构的ACF毡的升温速率,同时也显著提高了VOC的脱附速率。此外,载气流速对ACF毡的电热脱附过程有重要影响。较高的载气体积流量会稀释从ACF中脱附出来的VOC浓度,导致峰浓度降低,脱附曲线形状变宽。另一方面,冷载气流速越大,电热脱附过程运行温度越低,从而降低了ACF毡中VOC的脱附速率。(2)对于电热脱附-臭氧降解协同再生过程,结果证明臭氧化反应提高了ACF对VOC的脱附速率,强化了吸附饱和的ACF毡的再生能效。载气流速对协同再生工艺的性能有重要影响。随着载气流量的减小,ACF毡的瞬态VOC浓度和过程平衡温度升高,在较低的载气流速下,VOC的脱附效率显著提高。(3)对于可变形的多孔结构,在受吸附质传质速率所控制的浓度下降期内,多孔结构的收缩变形明显降低了脱附过程的速率。(4)通过毛细力自润湿电沉积手段,可以制备二氧化锰催化剂纳米颗粒的梯度负载ACF毡,为VOC高效降解技术发展提供基础。.本项目的研究不仅对于完善多孔介质反应传输基础理论具有重要的科学意义,也将为VOCs吸附处理技术的发展提供支撑。另外,项目所发展的基础模型和研究方法还推广到多孔电极内反应传输过程特性研究。基于本项目研究成果,共在国内外期刊发表论文13篇,其中SCI论文12篇、EI论文1篇(不含SCI、EI双收录);申请发明专利2件(其中已授权1件);培养研究生3名。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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