?活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的影響及表面化學(xué)改性

活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的影響及表面化學(xué)改性

     活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)由活性炭表面官能團的種類和數(shù)量決定，表面化學(xué)性質(zhì)差異影響活性炭的化學(xué)吸附性能。通過對活性炭進(jìn)行表面化學(xué)改性，可以改變活性炭對VOCs的吸附能力吸附選擇性。重慶活性炭在制造過程中，其揮發(fā)性有機物被去除，晶格間生成了空隙，形成許多不同形狀、不同大小的細(xì)孔。SHEN等的研究表明，氨化可以使活性炭表面堿性官能團增加，氧化可以使活性炭表面酸性官能團增加。

   KIM等研究了不同酸和堿浸漬改性椰殼活性炭對多種VOCs的吸附性能，發(fā)現(xiàn)磷酸浸漬改性的活性炭對PhH、 C7H8、C8H10等VOCs吸附性能提高。該設(shè)備以二氧化鈦作為催化劑，與紫外線、空氣接觸反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，利用臭氧對有機物進(jìn)行氧化分解。劉耀源等分別利用H2SO4/H2O2、NaOH改性玉米秸稈活性炭，發(fā)現(xiàn)用H2SO4/H2O2改性后的活性炭，降低了其對 C7H8等弱極性、非極性物質(zhì)的吸附量，而用NaOH改性能提高其對甲醛等極性物質(zhì)的吸附能力。

   LI等用氨水浸漬改性活性炭，發(fā)現(xiàn)改性后的活性炭對鄰C8H10等疏水性VOCs的吸附能力要強于酸改性。負(fù)載金屬改性是通過負(fù)載在活性炭上的金屬單質(zhì)或金屬離子與吸附質(zhì)之間較強的結(jié)合力，來提高活性炭吸附分離性能的方法。d)其他：如樹脂生產(chǎn)中的添加劑帶入CH3C(O)N(CH3)2和C3H7NO在活性炭上會發(fā)生水解生產(chǎn)C2H7N，造成臭氣排放問題。一般認(rèn)為，負(fù)載金屬改性能改變活性炭表面的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而改變活性炭的極性，使得活性炭的吸附以化學(xué)吸附為主，增加了吸附的選擇性。

   LU等在200℃的低氧條件下用Co浸漬改性活性炭，發(fā)現(xiàn)改性后的活性炭對 C7H8吸附性能顯著提高。負(fù)載金屬改性活性炭技術(shù)目前主要應(yīng)用在處理甲醛、 C7H8等分子量小的污染物上，對一些大分子量VOCs的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。

?活性炭吸附法治理VOCs的工藝技術(shù)

活性炭吸附法治理VOCs的工藝技術(shù)

   活性炭吸附法治理VOCs工藝技術(shù)有變壓吸附、變溫吸附，兩者聯(lián)用的變溫-變壓吸附和變電吸附。

   1、變壓吸附

   變壓吸附(PSA)是指在恒溫或無熱源條件下，通過周期性的改變系統(tǒng)壓力，使吸附質(zhì)在不同壓力下吸附和脫附的循環(huán)過程。按照操作方式的不同，變壓吸附可分為利用范德華力之間的差異使用一般活性炭進(jìn)行分離的平衡吸附型和利用分子吸附速度之間的差異使用特殊活性炭分子篩進(jìn)行分離的速度分離型。吸附通常在常壓下進(jìn)行，脫附過程則是通過降低操作壓力或抽真空的方法來實現(xiàn)的，且在脫附時真空度越大越易脫附。缺點：生成物是液體或淤渣，較難處理，設(shè)備腐蝕性嚴(yán)重，洗滌后煙氣需再熱，能耗高，占地面積大，投資和運行費用高、系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備龐大、耗水量大、一次性投資高，一般適用于大型電廠。但是在實際操作中，高真空度對吸附設(shè)備要求很高且耗能巨大，綜合成本和吸附效果的考慮，工業(yè)上一般采用8～10kPa的脫附壓力。PSA技術(shù)自動化程度高可以實現(xiàn)循環(huán)操作，但在操作過程中需要不斷加壓減壓，對設(shè)備要求高，能耗巨大，多用于高dang溶劑的回收。

   2、變溫吸附

   變溫吸附(TSA)是利用吸附劑的平衡吸附量隨溫度升高而降低的特性，在常溫下吸附，升溫后脫附的操作過程。活性炭脫附過程是吸熱過程，升溫有助于脫附，采用水蒸氣、熱氣體進(jìn)行脫附時，脫附溫度通常在100～200℃。吸附VOCs時，若吸附量較高，吸附質(zhì)是沸點較低的小分子碳?xì)浠衔锖头枷阕逵袡C物時，可用水蒸氣脫附后冷凝回收;若吸附量較低，如C7H8、CH3C(O)N(CH3)2和C4H8O2等VOCs，則可用其他熱氣體(熱空氣、熱N2等)吹掃進(jìn)行脫附后燒掉或經(jīng)二次吸附后回收。噴漆廢氣→風(fēng)機（原有）→噴淋塔（原有）→活性炭吸附床→主體風(fēng)機→排氣筒→排放。RAMALINGAM等使用TSA技術(shù)，對室內(nèi)常見的3種VOCs(CH3COCH3、CH2Cl2和甲酸乙酯)的回收利用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)3種VOCs熱氮氣再生的jia操作條件為：T=170℃，V=0.17m/s。SHAH等采用變溫吸附研究了CH3COCH3和C4H8O的熱空氣再生性能，發(fā)現(xiàn)CH3COCH3在80℃時經(jīng)一次循環(huán)再生，吸附能力恢復(fù)近95%，經(jīng)過8次連續(xù)循環(huán)基本保持不變;而對于C4H8O，再生后吸附能力下降明顯。

?活性炭吸附技術(shù)

活性炭吸附技術(shù)

   活性炭是應(yīng)用廣泛的吸附劑，其生產(chǎn)和使用可以追溯到19世紀(jì)。活性炭之所以被廣泛使用主要是因其具有大量的微孔和中孔，且表面積巨大。

   據(jù)了解，活性炭吸附技術(shù)是VOCs治理的主流技術(shù)之一，技術(shù)成熟、簡單易行、治理成本低、適應(yīng)范圍廣，在所有的治理技術(shù)中占有非常大的市場份額，在涂裝、包裝印刷、石油化工、化學(xué)品制造、yao品化工和異味治理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

   但由于業(yè)內(nèi)人員對活性炭的基本性能、活性炭吸附技術(shù)的適用范圍和使用條件等缺乏規(guī)律性認(rèn)識，在活性炭選型、工藝設(shè)計和凈化裝備設(shè)計中存在較大隨意性，造成凈化設(shè)備效率低，存在安全隱患，活性炭再生更換困難等問題。據(jù)了解，活性炭吸附技術(shù)是VOCs治理的主流技術(shù)之一，技術(shù)成熟、簡單易行、治理成本低、適應(yīng)范圍廣，在所有的治理技術(shù)中占有非常大的市場份額，在涂裝、包裝印刷、石油化工、化學(xué)品制造、yao品化工和異味治理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。市場上很多環(huán)保公司對活性炭吸附技術(shù)過于低估（簡單誤認(rèn)為活性炭吸附技術(shù)無非就是簡單的吸附—脫附）。

   行業(yè)的種種不規(guī)范及工藝混亂，導(dǎo)致目前不少地方環(huán)保主管部門陷入了“聞炭色變”的誤區(qū)。滿足當(dāng)前國內(nèi)VOCs污染實際治理工程的實際需要，正確引導(dǎo)行業(yè)規(guī)范活性炭在揮發(fā)性有機物（VOCs）凈化中的應(yīng)用，顯得至關(guān)重要。

   吸附法主要適用于低濃度氣態(tài)污染物的吸附分離與凈化，對于高濃度的有機氣體，一般情況下首先需要經(jīng)過冷凝等工藝進(jìn)行“降濃”處理，然后再進(jìn)行吸附凈化。2生物重慶活性炭法生物活性炭法是在活性炭吸附技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種水處理技術(shù)。對于“油氣”等高濃度VOCs氣體的凈化，也可以采用吸附法（降低壓力解吸再生），但對活性炭有一些特殊的要求。