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活性炭吸附低浓度氯代烃特性预测

活性炭吸附,氯代烃,分子模拟,吸附预测

本研究通过实验与分子模拟相结合的方法，系统探究了活性炭对室内低浓度三氯乙烯（TCE）和四氯乙烯（PCE）的吸附特性及调控机制。基于巨正则蒙特卡洛（GCMC）和分子动力学（MD）模拟构建了含弯曲石墨烯片及表面官能团的椰壳活性炭分子模型，动态吸附实验验证其可靠性（模拟与实验误差<10 %）。研究发现，水分子通过氢键占据亲水位点并形成微孔堵塞，导致相对湿度（RH）从0 %升至50 %时TCE与PCE扩散系数分别下降10.9 %和11.1 %。通过COMSOL建立的多物理场动态吸附模型表明，RH升高（0→90 %）使TCE和PCE吸附寿命分别缩短32.2 %和22.4 %，而温度（18→30 ℃）与面速（0.53→1.5 m/s）分别引发寿命降幅11.0 %-14.8 %和7.7 %-9.4 %。响应面分析揭示TCE与PCE吸附寿命的非线性调控差异：TCE受污染物浓度主导（主效应系数-1734.38），高湿度（>60 %）与高流速（>1 m/s）加剧寿命衰减；而PCE对低温（<22 ℃）与高流速协同效应更敏感（BC交互项-417.85）。研究结果表明，优化操作参数（TCE：浓度<30 ppb、温度25-28 ℃；PCE：流速0.8-1.0 m/s、浓度<150 ppb）可显著提升吸附系统稳定性。该研究为室内氯代烃污染控制提供了多参数耦合场景下的量化决策依据，揭示了活性炭吸附动力学与热力学平衡的差异化调控规律。