活性炭介電常數(shù)與吸附性能的關(guān)系
活性炭擁有優(yōu)秀的吸附能力，是由于各種不同原料與不同工藝而導(dǎo)致活性炭內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和大的比表面積，使其成為理想的介質(zhì)，用于吸附雜質(zhì)和純化兩種水溶液或者各種廢氣處理。為了回收和保護(hù)有限的資源，用過的活性炭需要重新活化。用于再生活性炭微波熱處理比其他處理方法更好，更節(jié)能地再生活性炭。特別是在微波加熱工業(yè)中，介電常數(shù)是一個關(guān)鍵參數(shù)。本文介紹介電常數(shù)與活性炭孔隙體積與吸附性能之間的關(guān)系。
使用不同加熱機(jī)制對再生苯酚解吸后活性炭的影響。與用傳統(tǒng)電爐再生相比，微波裝置的再生時間大大縮短。同時，使用微波裝置的再生活性炭的多孔結(jié)構(gòu)比使用傳統(tǒng)電爐更好。然而，評估所產(chǎn)生的活性炭吸附性能的常規(guī)表征方法是耗時的。通常需要幾十個小時才能完成測試。這次我們建立了介電常數(shù)與活性炭孔容之間的關(guān)系。大量研究表明，無論是孔體積或孔結(jié)構(gòu)，特別是孔徑分布都是用于活性炭重要的吸附劑性質(zhì)。與微波測定方法在復(fù)介電常數(shù)，例如諧振腔法，攝動法，透射和反射的方法來獲得活性炭的復(fù)介電常數(shù)的數(shù)據(jù)。將其應(yīng)用于表征固體的復(fù)介電常數(shù)。逐步應(yīng)用如下所示(圖1)的方法兩次。
圖1:用于導(dǎo)出介電常數(shù)和活性炭孔隙體積之間關(guān)系的示意圖。
活性炭復(fù)介電常數(shù)的測量
介質(zhì)理論最初是通過忽略散射體的偶極特性的密度波動而得出的，是常用來表征介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)。一般來說，測量系統(tǒng)由兩部分組成：
1：金屬罐腔和隨附的開放式同軸探針經(jīng)過精心設(shè)計(jì)。罐子是精確制造的固定尺寸。因此，當(dāng)用活性炭填充罐時，活性炭體積與罐的體積相同。
2：使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量散射參數(shù)的幅度和相位。基于反向傳播作為核心算法，推斷活性炭的復(fù)介電常數(shù)非常方便。
基本物理系數(shù)的測量堆質(zhì)量和顆粒密度：任意挑選一些活性炭。每個活性炭顆粒的質(zhì)量和幾何尺寸分別通過電子天平和游標(biāo)卡尺測定。該數(shù)據(jù)用于計(jì)算每種活性炭的質(zhì)量和體積的算術(shù)平均值。最后，將活性炭除以體積，以獲得密度。
孔體積的表征：使用自動表面積和孔分析儀測定孔體積。使用氮等溫吸附通過靜態(tài)容量法計(jì)算活性炭孔體積。
在圖2中，可以清楚地看到活性炭A和B的性質(zhì)很好地?cái)M合得到的曲線，而其他樣品的性質(zhì)與曲線有相當(dāng)大的偏移。這表明微波處理對活性炭的結(jié)構(gòu)有顯著影響，使得經(jīng)典模型不再適合描述其介電常數(shù)。這是合理的，因?yàn)槟Ｐ虯和模型B中的推導(dǎo)都沒有考慮微波因素。
圖2：介電常數(shù)之間的理論和實(shí)驗(yàn)比較介電常數(shù)和活性炭孔隙體積。
本文研究了復(fù)介電常數(shù)與活性炭孔容之間的關(guān)系。分別在不同的等效模型中建立了兩個量化表達(dá)式。引入了精心設(shè)計(jì)的諧振腔和伴隨的開放式同軸探頭來測量活性炭的復(fù)介電常數(shù)。自動表面積和孔分析儀也用于進(jìn)行BET測試以獲得活性炭的孔體積。兩個表達(dá)式得到的結(jié)果非常相似。同時，理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。此外，結(jié)果表明微波處理對活性炭結(jié)構(gòu)有很大影響，
該研究為連接復(fù)介電常數(shù)和活性炭孔容提供了橋梁。此外，它能輔助活性炭達(dá)到快速表征提供了一種方便的方法。在未來的研究中，我們將嘗試在推導(dǎo)過程中考慮微波因子，并研究活性炭d介電常數(shù)和孔徑分布或不同吸收性(孔隙率)之間的關(guān)系。
本文作者：董帝豪
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