活性炭的表面化学性质由活性炭表面官能团的种类和数量决定,表面化学性质差异影响活性炭的化学吸附性能。通过对活性炭进行表面化学改性,可以改变活性炭对VOCs的吸附能力吸附选择性。SHEN等[38]的研究表明,氨化可以使活性炭表面碱性官能团增加,氧化可以使活性炭表面酸性官能团增加。KIM等[39]研究了不同酸和碱浸渍改性椰壳活性炭对多种VOCs的吸附性能,发现浸渍改性的活性炭对、、二等VOCs吸附性能提高。刘耀源等分别利用H2SO4/HNaOH[41]改性玉米秸秆活性炭,发现用改性后的活性炭,降低了其对等弱极性、非极性物质的吸附量,而用NaOH改性能提高其对醛等极性物质的吸附能力。LI等[42]用氨水浸渍改性活性炭,发现改性后的活性炭对邻二等疏水性VOCs的吸附能力要强于酸改性。负载金属改性是通过负载在活性炭上的金属单质或金属离子与吸附质之间较强的结合力,来提高活性炭吸附分离性能的方法。一般认为,负载金属改性能改变活性炭表面的化学性质,进而改变活性炭的极性,使得活性炭的吸附以化学吸附为主,增加了吸附的选择性[43]。LU等[44]在200℃的低氧条件下用Co浸渍改性活性炭,发现改性
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,
6、脱金炭的再生
活性炭的活性经过吸附、解吸、再生后有着明显表化,脱金炭经酸性再生后,其活性并无明显提高,只能恢复一半的活性,只有采用热力再生才有可能使活性得以恢复到80以上。
造成活性炭吸附活性降低的主要原因如下;
第一、炭的细孔被无机物堵塞,例如矿浆的石英砂微粒,粘土矿泥等极易被活性炭吸附,进入炭之细孔内,产生通道堵塞,另外矿浆中过量的以及铜等贱金属的络合离子也会被炭粒吸附造成微孔中毒,降低活性。
第二、有机物如润滑油,洗涤剂,浮选剂,腐植酸等都被活性炭吸附,极大地影响炭的活性。
第三、活性炭内活性点的降解和炭的细孔发生型变,也是活性降低的原因。
实践证明,脱金炭酸性后,其活性可恢复到50~60,而热再生后其活性可恢复到85以上,有的甚至比新炭的活性还好。酸性可用稀盐酸或稀硝酸(浓度1~5)于常温下在专门酸洗槽中,经2~4小时洗涤,便可除去炭上钙锌等化合物,而用90~93℃的热酸溶液则可去除钙、锌、镍的化合物以及大部分硅。如果炭的细孔被硅酸盐严重堵塞,只有使用氢氟酸(HF)水溶液方能奏效。
脱金炭的热再生通常在外热回转炉内完成,其过程包括干燥,炭化和气化几个阶段,它可以起到以下作用:
第一,使有机吸附物在加温阶段解吸挥发;
第二,在℃条件下使有机污染物炭化;
第三,炭形成新的微孔,增加比表面积;
第四 ,在炭的微孔内形成新的活化点,增加活性。
活性炭吸附法广泛使用于在城市活性炭除臭设备、饮用水及工业废水处理。城市活性炭除臭设备废水中的一些有机物是难于为微生物或通常氧化法所氧化分解的,如酚、、石油及其商品、杀虫剂、洗涤剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成有机物,经生化处理后很难到达对排放请求较高的水体中排放的标准,也严重影响废水的回用,因而需要深度处理。
因为活性炭对有机物的吸附才能大,在废水深度处理中得到广泛的使用,活性炭吸附法具有以下优点:处理程度高,城市污水用活性炭进行深度处理后,BOD可下降,TOC可降到1~
方法,去掉目标包含溶解性的有机物质,合成洗涤剂、微生物、毒和一定量的重金属,并能够脱色、除臭。
活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等都是水处理常用的吸附剂,活性炭经过活化后碳晶格构成形状和大小不一的兴旺细孔,大大添加比表面积,提高吸附才能。活性炭的细孔有用半径通常为,小孔半径在以下,过渡孔半径通常为孔半径为、,小孔容积通常为过渡孔面积通常为;大孔容积通常为
影响活性炭吸附的因素
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。吸附能力的大小是用吸附量来衡量的。而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。在水处理中,吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时间。
活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。一般来说,颗粒越小,孔隙扩散速度越快,活性炭的吸附能力就越强。
污水的pH值和温度对活性炭的吸附也有影响。活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量,吸附反应通常是放热反应,因此温度低对吸附反应有利。
当然,活性炭的吸附能力与污水浓度有关。在一定的温度下,活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高。