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VOCs治理:活性炭使用中存在的问题
2021-8-20
来源:未知
点击数:  804        作者:未知
  • 1)吸附

    活性炭是一种非极性物质,对有机物具有很强的亲和能力。活性炭对VOCs的吸附性能与其孔隙结构及比表面积密切相关。一般来说,孔隙直径决定了对有机物质分子的选择性,而比表面积决定了有机物的吸附容量。

    活性炭具有高度发达的孔隙结构,其中有一种被叫做毛细管的微孔,毛细管具有很强的吸附能力,发达的孔隙结构使活性炭具有很大的比表面积,能使其他与毛细管充分接触,从而有机物分子被毛细管吸附,由于有机物分子之间存在相互吸引的力存在,当一个有机物分子被捕捉进入到孔隙中后,会在分子吸引作用力下吸附更多的有机物分子,直到充满活性炭内孔隙为止。

    选择合适的活性炭对VOCs的吸附至关重要,应综合考虑活性炭的粒度大小、着火点、强度、pH值、孔径分布以及比表面积等各种性质,才能在实际使用的气体浓度、湿度、温度及压力等条件下,使其发挥有效的吸附能力。其中最重要的是合适的孔径分布与比表面积,由于VOCs一般为多种有机物质的混合物,含有低沸点到高沸点的多种复杂成分,因此,要求吸附用的活性炭必须具有一定比例微孔,还有具有足够多的中孔及大孔。一般对孔隙的分类:孔径<2nm为微孔:孔径在2-50nm之间的为中孔,或称为过渡孔:孔径>50nm为大孔。

    活性炭中的微孔一般认为是起到吸附的主导作用,对于大多数的有机物来说是主要的吸附活性位,由于活性炭的吸附绝大部分发生在微孔内,因此吸附量收微孔的数量支配,所以在生产活性炭产品时根据需求要有一定比例的微孔。中孔主要是大分子的活性位,同时它也为小吸附质分子进入微孔提供通道,在有些情况下,传输功能要比活性位更重要,因此中孔也是一类很重要的孔隙结构。一般来说,只有少数微孔直接通向外表面,在绝大多数情况下,活性炭的孔隙结构主要按下列方式排列:大孔直接通向炭的外表面,中孔是大孔的分支,微孔又是中孔的分支。微孔的吸附作用是以大孔的通道作用和中孔的过渡作用为基础。因此,吸附性能好的活性炭在孔结构上应有充分发达的微孔,同时又具有一定数量及排列适宜的中孔。

    比表面积决定有机物的吸附容量,比表面积大,能提供足够有效的吸附场所,而比表面积主要由活性炭中微孔数量决定,而中孔及大孔的比表面积在整个活性炭中所占比例较小,因此微孔数量是决定比表面积大小的重要指标。



    TANSO废气治理柱状活性炭
    2)脱附

    VOCs回收中的脱附操作方法主要包括两种:

    (1)升温脱附。VOCs在活性炭孔隙中一般发生的是物理吸附,根据物理吸附的特征,吸附量随温度的升高会减小,因此通过升高活性炭的温度,可以使被吸附的有机物质脱附解吸下来,原理是通过改变吸附平衡关系进行脱附,又称为热脱附或变温脱附。常用的加热方式包括:电加热、水蒸气加热、微波加热以及热气流加热等方式。有机溶剂回收领域中一般采用水蒸气加热方式,VOCs废气治理一般采用热空气加热。

    (2)减压脱附。VOCs在活性炭上的吸附量一般随压力的升高而升高,因此为了使活性炭获得较高的吸附量或较高的吸附效率,一般会在较高的压力下或常压下吸附,然后通过降低压力或者抽真空,从而降低活性炭床层内气相VOCs浓度,以此改变平衡点,可以使吸附的有机物解吸脱附,实现活性炭的再生,这种方法也被成为变压脱附(PSA)。石油加工与储运行业中的油气回收一般采用此种方法进行脱附。



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