三、技术简介
活性炭是一种黑色粉状、粒状或丸状的无定形具有多孔的炭。主要成份为炭,还含有少量氧、氢、硫、氮、氯。也具有石墨那样的精细结构,只是晶粒较小,层层不规则堆积。具有较大的表面积。有很强的吸附能力,能在它的表面上吸附气体,液体或胶态固体。对于气、液的吸附可接近于活性炭本身的质量的。
其吸附作用是具有选择性,非极性物质比极性物质更易于吸附。在同一系列物质中,沸点越高的物质越容易被吸附,压越大、温度越低,浓度越高,吸附量越大,反之,减压、升温有利气体的解吸。
活性炭常用于气体的吸附、分离和提纯、溶剂的回收、糖液、油脂、甘油、物的脱色剂,饮用水或冰箱的除臭剂,的滤毒剂,还可用作催化剂或金属盐催化剂的截体。
当有机废气气体由风机提供动力,正压或负压进入塔体,由于活性炭固体表面上存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学健力,因此当此固体表面与气体接触时,就能吸引气体分子,使其浓聚并保持在固体表面,污染物质及气味从而被吸附,废气经活性炭吸附塔后,进入设备排尘系
活性炭是一种黑色粉状、粒状或丸状的无定形具有多孔的炭。主要成份为炭,还含有少量氧 、氢、硫、氮、氯。也具有石墨那样的精细结构,只是晶粒较小,层层不规则堆积。具有较大的表面积(500~1000㎡/克)。有很强的吸附能力,能在它 的表面上吸附气体,液体或胶态固体。对于气、液的吸附可接近于活性炭本身的质量的。
沸点越高的物质越容易被吸附,压越大、温度越低,浓度越高,吸附量越大,反之,减压 、升温有利气体的解吸。 当有机废气气体由风机提供动力,正压或负压进入活性炭吸附塔塔体,由于活性炭固体表面上存在着未平 衡和未饱和的分子引力或化学健力,因此当此固体表面与气体接触时,就能吸引气体分子,使其浓聚并保持在固体表面,污染物质及气味从而被吸附,废气经活性炭吸附塔后,进入设备排尘系统,净化气体高空达标排放。
五、活性炭吸附塔适用范围:
活性炭吸附塔主要应用于:各种有机废气净化,特别是喷漆废气处理、油墨废气、焊锡废气、塑胶废气处理用应最为广泛。
论,只有当活性炭的孔隙直径大于吸附质分子直径时,吸附质分子才能进入到活性炭的孔隙中[46]。研究发现吸附剂吸附效率时,吸附剂的孔径与吸附质分子直径的比值为1.7~大部分气态污染物的分子尺寸小于2nm[48],因此适合VOCs吸附的活性炭的内孔道要以微孔为主,大于有效孔径的孔吸附作用甚微。等[49]的研究发现小于0.7nm的微孔对和有很强的吸附能力。冀有俊等[50]研究发现0.60~1.15nm范围内的微孔为CH4吸附的有效区间,大于此范围的孔在吸附过程中主要起通道作用。吸附质物性的影响还表现在分子量、饱和蒸气压、沸点等方面。活性炭身有效吸附点位数量有限,当活性炭吸附分子数量相近的不同物质时,分子量大的表现出活性炭对其饱和吸附量大。由于沸点高的气态物质在吸附过程中容易产生毛细凝聚现象[51],因此易于被吸附。饱和蒸气压和活性炭饱和吸附量显著相关,在一定温度下,饱和蒸气压越大的VOCs越容易脱附。陈良杰等[52]研究了6种VOCs的饱和蒸气压与活性炭饱和吸附量的关系,发现饱和蒸气压越大的VOCs,活性炭的饱和吸附量越小。李立清等[53]研究了、及二3种VOCs物性对其在活性炭上吸附行为的影响,结果表明:活性炭对有机气体的饱和吸量随着吸附质的分子动力学直径、分子量、沸点的增大而增大,随着吸附质极性、蒸气压的增大而减小。
3.3操作条件的影响
吸附操作过程中的温度、进口浓度、气体流速、压力、水分、气体组成等都会影响活性炭的吸附性能,针对不同VOCs选择合适的操作条件十分重要。温度能影响扩散速度和吸附平衡,提高温度能提高扩散速率,加快到达吸附平衡的时间,但升高温度会导致吸附量下降,吸附操作时宜将温度控制在40℃以内。韩旭等[54]研究了不同温度下活性炭对酸酯的吸附过程,发现随着温度升高,饱和吸附量不断降低。对于同一有机物的吸附,吸附容量随着进口浓度的增加而增大,随着气体流速的提高而减小,活性炭吸附法最适于处理VOCs浓度为GUPTA等[55]通过研究颗粒活性炭对和的吸附行为后,建立数学模型,发现该模型可以通过流速、床高和入口浓度来确定穿透时间。梅磊等[56]采用固定床反应器实验考察了不同温度和表观气速下GH-8活性炭对低浓度萘的吸附行为可用Yoon-Nelson模型描述。增大气相主体压力,即增大了吸附质的分压,有利于吸附,压力降低有利于解析,低分压的气体比高分压气体更易吸附[57]。湿度能显著影响活性炭对VOCs的吸附性能,高华生等[58]研究发现当气体湿度大于50时,对吸附的抑制作用显著增强,特别是对低浓度的VOCs影响非常显著。周剑锋等[59]研究发现活性炭在处理烷类非水溶性VOCs时,气体中水分的含量对吸附效果有很大的影响,甚至能够使烷脱附;而对于乙醇类水溶性VOCs,水分的影响并不大,这与乙醇有较大极性且与水能混溶有关。工业排放的有机废气往往含有多种组分,多组分VOCs在活性炭上吸附时,各组分间会发生竞争吸附。一种组分的存在,常常会对另一种组分有,吸附过程还存在置换作用。TEFERA等[60]建立二维数学模型研究固定床吸附器上多组分VOCs的吸附竞争,该模型可以准确的预测多组分混合物间的吸附竞争和吸附平衡。曹利等[61]研究了VOCs在活性炭上的二元吸附过程,发现高沸点组分能置换低沸点组分,二元体系的吸附量较同等条件时的单组分吸附量均有不同程度的降低。
4、结语
活性炭吸附法是工业中最为广泛使用的VOCs治理方法,但活性炭在实际应用中还存在一些问题,如吸附容量不高、吸附后活性炭的再生能力差、吸附性能受水气等环境因素影响较大等。为了进一步优化活性炭的吸附性能,要加强对活性炭吸附过程影响因素的研究,