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活性炭高选择性净化医用一氧化氮中二氧化氮的特性研究

作　者: 陆僖
导　师: 胡辉
学　校: 华中科技大学
专　业: 环境工程
关键词: NO NO2 活性炭选择性吸附表面官能团核桃壳
分类号: TQ126.24
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

一氧化氮（NO）因是“血管内皮衍生的舒张因子”而在临床医学救治方面逐步得到广泛应用。针对现有钢瓶稀释获得的可吸入性NO（iNO）中存在少量有毒二氧化氮（NO₂）,以及空气电弧放电合成医用NO过程中产生的少量NO₂必须高效净化去除问题,本文采用活性炭为吸附剂,实验研究了活性炭选择性吸附去除NO中的NO₂特性,通过对活性炭孔结构特征及表面酸碱官能团的分析,研究了活性炭高选择性去除NO中的NO₂的吸附机理。在此基础上,研制出对NO₂具有高选择性吸附特性的吸附剂。主要研究成果如下:（1）为了评价不同时间节点活性炭吸附NO中NO₂的特性,在实验研究四种活性炭吸附剂（1#、2#、3#、4#）吸附NO中NO₂性能的基础上,利用定积分原理,提出利用吸附容量进行活性炭选择性评价公式。利用比表面积分析仪分析了活性炭的孔结构特征,并计算了其分形维数。结果表明:1#和4#吸附剂对NO₂的高选择性吸附与其具有高的总比表面积有关,而分形维数说明活性炭表面粗糙程度与比表面积没有直接关系。（2）Boehm滴定测试分析研究表明:1#和4#吸附剂表面官能团主要是酸性基团,碱性基团甚微,2#和3#则以碱性基团为主,酸性基团较少。这暗示酸性基团有利于对NO₂酸性气体的吸附,这与文献报道的酸性基团有利于碱性物质的吸附现象不同。为了解释该现象,本文首次提出利用偶极矩和键级理论解析了酸性基团有利于对NO₂的吸附,可能是由于NO₂极性强于NO,NO₂中的N-O更易受到破坏所致。（3）H₂O₂,HNO₃,NH₃·H₂O,NaOH分别对活性炭进行改性的结果表明:酸改性比碱改性要好,酸改性活性炭能提高其对NO₂的选择性吸附。Boehm滴定和FTIR的测试表明了酸性改性强化了羧基C=O在非芳香羧酸或内酯结构上的伸缩振动而碱改性则弱化甚至让该基团消失,即经过酸性（氧化）试剂改性的活性炭其酸性基团明显增加,碱性亦然。浸渍Mg（NO₃）2的两种活性炭在高温处理后对NO的吸附基本不变,而对NO₂的吸附性能更好。（4）常温常压下的变温吸附试验表明,活性炭受温度变化的影响极易脱附。两次加热再生后的活性炭对NO₂的吸附效果都比H₂O₂首次再生的效果好。（5）通过正交实验设计,研制出9组颗粒状核桃壳活性炭。通过吸附容量评价,得到了制备核桃壳活性炭的最佳工艺参数:壳碱比6:1,活化温度为600°C,活化时间为1h。该工艺条件下制备的核桃壳活性炭对NO中NO₂的选择性吸附达到U=0.73, SU NO₂ ,NO=32.96,NO₂/NO在吸附的5.5h中都维持在2%左右,比前面研究的四种活性炭的选择性吸附性能好;（6）用聚乙烯醇制备的成型活性炭对NO中NO₂也具有高的选择性吸附性能。在进行6060min的寿命吸附实验接近结束前（5500min）,混合气体中NO₂/NO的比值仍然满足临床医用NO₂/NO<5%的要求。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-17
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
  1.3 课题来源、主要研究内容  16-17
2 吸附实验装置与活性炭吸附材料选择  17-32
  2.1 活性炭选择性吸附装置和实验方法  17-19
  2.2 活性炭吸附剂基本特性分析  19-26
  2.3 活性炭基本性能测试  26-28
  2.4 活性炭的表征  28-29
  2.5 活性炭吸附特性评价方法  29-32
3 高选择性吸附NO_2的吸附材料筛选实验研究  32-42
  3.1 活性炭吸附材料的筛选  32-33
  3.2 孔结构分析  33-36
  3.3 分形维数分析  36-38
  3.4 表面酸碱官能团分析  38-39
  3.5 选择性吸附NO_2 机理分析  39-40
  3.6 本章小结  40-42
4 活性炭选择性吸附NO_2 的改性实验研究  42-55
  4.1 改性实验方法  42
  4.2 化学改性活性炭表面含氧官能团滴定  42-46
  4.3 化学物理改性实验  46-50
  4.4 活性炭的变温吸附实验  50-52
  4.5 活性炭再生  52-54
  4.6 本章小结  54-55
5 活性炭的制备与成型  55-74
  5.1 颗粒活性炭制备  55-67
  5.2 聚乙烯醇制备成型活性炭  67-72
  5.3 本章小结  72-74
6 结论与建议  74-77
  6.1 全文总结  74-75
  6.2 建议  75-77
致谢  77-78
参考文献  78-87
附录攻读学位期间主要成果与承担的科研任务  87

活性炭高选择性净化医用一氧化氮中二氧化氮的特性研究

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