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活性炭吸附VOCs氣體有哪些?

作者:柱狀活性炭 日期:2018-08-10 9:58:40 人氣:

活性炭吸附VOCs氣體有哪些

活性炭的炭粒中有細小的孔-毛細管。這種毛細管具有很強的吸附能力,由于炭粒的表面積很大,所以能與氣體充分接觸,當這些氣體進入毛細管就很容易被吸附,起凈化氣體作用。活性炭吸附多為物理吸附,過程可逆。當吸附達到飽和后可用熱空氣或水蒸氣脫附,實現活性炭的循環使用。

在實際應用中需根據被吸附分子的大小選擇不同孔徑的活性炭。吸附過程常采用兩個吸附器,當一個進行吸附時,另一個進行脫附,以保證吸附過程的連續。活性炭吸附法最適合處理濃度為(300-5000)×10-6澳门百家必胜方法的有機廢氣,但是也有一定的使用限制。部分含酮、醛、脂等高活性物質會與活性炭反應,使得活性炭炭孔堵塞而無法使用。此外,活性炭容易飽和,導致吸附效率低,頻繁更換導致的費用增加也限制了它的推廣應用。為了克服上述缺點,人們正在尋找行之有效的活性炭表面改性方法。

(1)改性活性炭

澳门百家必胜方法常用的改性方法有氧化、還原及負載雜原子和化合物等。

氧化改性法使用HNO3,H2SO4,HCl,HClO,HF,H2O2和O3等強氧化劑處理活性炭表面,提高酸性基團的含量。華東理工大學研究所對蜂窩狀活性炭的吸附性能進行了改性研究。研究結果表明,活性炭經鹽酸處理后可以提高活性,延長穿透時間。這是因為酸可以去除活性炭中無吸附能力的灰分。但酸的濃度不能太高,否則會破壞活性炭的部分微孔結構,造成吸附性能下降。 Chiang等人對活性炭進行臭氧氧化后,測定活性炭的比表面積從(783±51)m2/g增加到(851±25)m2/g。

改性活性炭

還原改性是對活性炭用H2和N2澳门百家必胜方法進行高溫處理或氨水浸漬,提高活性炭表面堿性基團的含量。如高尚愚采用還原法對活性炭進行改性,增強了其對苯酚的吸附能力。

負載雜原子及化合物則是通過液相沉積的方法在活性炭表面引入特定雜原子和化合物,增強活性炭的吸附性能。Chiang采用Mg(NO3)2和Ba(NO3)2處理活性炭,增加了活性炭對醋酸的吸附容量。

為了達到特定的吸附目的,人們還研究出了其它的改性方法。如針對高濕度應用條件,可將活性炭改性為表面疏水。日本的Nakanishi yoichiro將活性炭用三甲基氯硅烷汽化處理一定時間后,再撤離氣氛,然后在真空下加熱活性炭,就可制得表面疏水的活性炭。名古屋大學的 KATANI MASANOBU等人為了提高活性炭在低溫條件下的化學活性,在678-873K的溫度下,加入NaOH和KOH(與活性炭的重量比為1-4),然后再用濃度為1-13mol/L的硝酸處理12-24h,最后用水清洗、干燥,獲得了在低溫條件下具有較高活性的活性炭為了提高對SO2的吸附容量,大連理工大學對活性炭進行了改性制備。首先對活性炭進行預處理:將杏仁殼活性炭用蒸餾水煮沸1h,再于90℃下真空干燥3h。按照等體積浸漬法(1mL的溶液對應1g活性炭)將一定量的質量分數分別為2%,5%,8%,10%和12%的改性試劑擔載到活性炭上,在110℃下烘4h。結果表明,將Na2CO3, NaHCO3,NaOH和K2CO3擔載到活性炭上均能有效地提高活性炭的硫容量,其中w(Na2CO3)=10%的改性活性炭的硫容量最大,扶江、張遠等人采用浸漬改性活性炭對SO2廢氣脫硫進行實驗研究,結果表明:分別經過Kl,Zn(NO3)2,HNO3改性的活性炭的吸附效果較好。榮海琴等人認為熱處理可以脫除活性炭表面的雜原子而在表面留下許多活性位,從而提高吸附容量,實驗結果表明,適合的熱處理溫度為500℃。

(2)活性炭纖維

澳门百家必胜方法活性炭纖維是20世紀70年代發展起來的一種新型、高效、多功能的纖維狀吸附材料,它具有大量分布的狹窄和均勻的微孔及巨大的比表面積,對有機物的吸附容量大,吸附效率高,且吸脫附速度快,再生容易,并耐熱、耐酸、耐堿,適應性強,導電性和化學穩定性好,且可加工成任何形狀,具有廣闊的應用前景。

活性炭纖維

纖維狀活性炭是由各種高分子纖維,如纖維素系、丙烯晴系、酚醛系纖維、瀝青系、聚乙烯醇系經碳化、賦活處理而制成所得活性炭纖維的比表面積為1000-3000m2/g,單位質量所含細孔體積為0.6-1.9cm3澳门百家必胜方法/g,孔徑均一,大部分為適合氣體吸附的0.002μm的小孔,因此具有更有效的比表面,活性炭纖維的孔道比普通活性炭的短,使吸附脫附的速率提高。據文獻記載,活性炭纖維的吸附脫附能力為一般粒狀、粉末狀活性炭的400倍以上。許多工程實踐都證明,活性炭纖維對有機廢氣的吸附可達92%-98%,而且使用壽命長,在同等條件下,其壽命是普通顆粒活性炭的3-4倍,使設備的年均使用費用大大降低。

澳门百家必胜方法日本在1993年就申請了合成纖維狀活性炭的專利,其中酚醛系活性炭纖維制法是:將酚類和醛類化合物在酸性催化劑作用下反應生成可溶可熔酚醛樹脂,紡絲制成尚未硬化的酚醛樹脂纖維,在酸性催化劑作用下與甲醛作硬化處理,然后在1100-1200℃下炭化、活化即可制成高性能活性碳纖維。其中炭化條件直接影響到產品的產率和性能,隨炭化溫度的升高,表面積增大而平均孔徑則有所下降。活化反應是使活性碳纖維生成豐富的微孔及形成含氧官能團的主要過程,活化溫度對活性炭纖維的性能影響較大,可通過選擇合適的前驅體、活化劑、反應條件等來調整孔的結構和比表面的大小。

P Navarre等人利用碳纖維材料對二甲苯和乙酸乙酯進行吸附處理,著重研究了不同碳纖維、纖維層數、不同氣體以及氣體濃度間的關系對吸附效果的影響,取得了一定的成果。孫彤等人用活性炭纖維作為吸附材料,以恒溫恒壓的空氣作載氣,考察了溫度、氣體流速、氣體濃度3個因素對吸附量的影響。結果表明,溫度對活性炭纖維的平衡吸附量的影響最大,隨著溫度的升高,活性炭纖維對醋酸丁酯的平衡吸附量下降。

對活性炭纖維進行改性,可滿足對特定物質的高效吸附轉化。由于炭的表面原子呈不飽和結構,有其獨特的表面化學性能活性炭纖維在微晶狀態下,當溫度一定時易于發生氧化反應,使得表面結合羧基、鹵素、氮元素等。為了克服高濕度天氣的影響,可以通過900℃高溫處理來減少活性炭纖維表面的親水基,提高吸附VOCs的能力。目前,活性炭纖維雖然價格較高,制備工藝還不成熟,但隨著研究的深入,活性炭纖維的工藝條件可以得到進一步的完善,從而使它發揮更大的作用。

綜上所述:揮發性有機廢氣已經越來越嚴重地影響著人類的生存環境,廢氣治理的問題已經刻不容緩。相信經過人們的不斷努力,日后將會研究出更加先進合理的治理方法。正如美國國家環境保護署(EPA)所指出的,活性炭吸附是去除VOCs“可采用的最好技術”活性炭作為一種具有強大潛力的吸附劑,經過人們的深入研究,必將在VOCs治理方面發揮更大的作用。

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