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活性炭VOC处理及回收利用

2018-12-17 亚博国际娱乐环保


     挥发性有机气体(VolatileOrganicCompounds,VOCs)的去除和回收是大气污染控制的热点问题。活性炭吸附被广泛应用于工业过程中VOCs去除和回收,这种方法与其他方法相比具有高效、低耗、适用低浓度范围等优点。、回收利用需要很强的选择性,而活性炭的选择性主要决定于其孔结构,结合孔结构研究活性炭吸附处理VOCs已经成为热点。
     活性炭吸附能力与孔体积和比表面积有很大关系,所以就有学者通过增多活性炭的比表面积来增加活性炭的吸附性能。但是通过研究发现,吸附能力的提高并不是正比于孔体积和比表面积,并且吸附能力也不是无限增加的。通过研究活性炭对甲苯和正己烷混合气体的吸附,表明孔隙的增多活性炭对VOC的吸附能力增加,但不是比例增加。随着孔的增加,活性炭吸附甲苯时的孔体积利用率减小,而吸附正己烷时孔体积利用率增加。并且通过采用Dubinin-Radushkevich方程中微孔和吸附能的反比例关系拟合孔径分布,可以很好的预测不同活性炭的吸附等温线。
     研究表明,甲醛在氧化粘胶基活性炭纤维上吸附能力的增加和吸附速率的加快主要是由于甲醛酸性羧基,对偶极相互作用和氢键,以及氧化粘胶基活性炭纤维比表面积的增加和总孔容的增加。为此就有学者想提出吸附能力应该与孔径大小和吸附质分子大小两个方面有关系,利用三种不同前导体制作的活性炭吸附VOCs,研究温度和孔结构对VOCs吸附的影响。VOCs的吸附显示,只有苯展示了活化进入效应(activatedentryeffect),这是由于苯的分子结构不同于四氯化碳、三氯甲烷和二氯甲烷,说明吸附受活性炭孔径响。
     通过研究利用碳化木分子筛从含有α-蒎烯的混合物中选择性吸附甲苯。研究表明炭化温度在500°C–700°C时制作的碳化木只吸附甲苯,炭化温度在800°C–1100°C时可以同时和α-蒎烯。孔径测试表明,炭化温度为500°C–700°C只生成孔径为0.6nm和极少中孔的活性炭,炭化温度900°C和1100°C时生成的碳孔隙主要为中孔和孔径大于0.8nm的微孔,甲苯扁平的分子可以透入700°C温度下活化得到的狭窄活性炭孔隙,笨重的球状α-蒎烯分子不能穿过直径为0.8纳米的孔。活化温度高于900°C时,可能由于扩大了孔径,从而降低了选择性吸附。结果发现,低于活化温度时炭化得到的炭化木有一个独特扁形孔隙结构,具有碳分子筛的功能,研究证明了上述假设。但是,既然吸附能力与孔径大小和吸附质分子大小有关,则可以通过找出这种关系指导制备吸附特定物质的活性炭。
      提高活性炭对挥发性有机气体的处理能力,研究人员进行了其他方面的努力,如将光催化与吸附技术组合。利用活性炭的吸附能使VOC浓集到某一特定浓度环境,这样提高光催化氧化反应速率,而且活性炭还可以吸附中间副产物在光的作用下参与氧化反应,活性炭的吸附表面因污染物的去除而得以再生,活性炭本身的使用周期也得以延长。有关活性炭与光催化剂的组合方式以及吸附光催化机理还不是十分清楚。如果活性炭与TiO2或将TiO2与活性炭混合后成型的方法,也有研究者用TiO2的前躯体与活性炭的前躯体相混合,再一起炭化、活化的方法制备复合体。不过,现有复合体制备方法都不同程度地使TiO2的光催化活性下降。研究相对湿度对负载TiO2活性炭纤维光催化氧化甲苯的影响,研究表明,在相对湿度为15%、30%、45%时,甲苯催化氧化速率与相对湿度呈正相关,不存在钝化现象。负载TiO2活性炭纤维光催化氧化甲苯的副产物中包含2-甲基丙烯、对苯醌、邻(间,对)-甲酚。TiO2活性炭纤维光催化氧化甲苯,提高相对湿度增加了苯甲醇的积累,但降低了甲醛的积累。

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