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影響活性炭吸附VOCs效果的因素分析

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影響活性炭吸附VOCs效果的因素分析

發布日期:2019-01-04 作者: 點擊:

揮發性有機化合物是一類有機化合物的統稱,簡稱VOCs,即沸點在50~ 250℃之間,常溫下飽和蒸汽壓大於133.32Pa,通常以蒸汽形式存在於空氣中的一類有機化合物。VOCs是常見的大氣汙染物,其主要組成有烴類、鹵代烴、酯、酸等,可對人體的呼吸係統和肝髒器官造成不良影響,國際社會已對VOCs的排放做出嚴格規定。目前有關VOCs治理工作已成為當前大氣汙染防治工作的一項重要工作。
VOCs的處理方法主要有:物理法和生化法。其中物理法主要有吸附法、分離法,生化法主要有熱氧化法、催化燃燒法、生物氧化法、電暈法等,其中吸附法是最常用的淨化方法,而活性炭是最常用的吸附劑。
本處所指吸附是指當氣體與多孔固體材料接觸時,氣體物質中某一物質或多種物質在固體材料的內、外表麵處產生積蓄的現象。多孔固體材料稱為吸附劑,被吸附積蓄的物質稱為吸附質。常用的吸附劑有:活性炭、活性矽膠、氧化鋁等。氣體混合物能否通過吸附分離成功,主要取決於吸附劑對吸附質的吸附效果,因此吸附劑的選擇是確定吸附操作的首要問題。活性炭作為目前最常用的VOCs吸附劑,主要有以下特點。
(1) 活性炭具有孔徑分布廣泛、孔隙率高和比表麵積大的優點。(2)活性炭的機械性能高、化學性質穩定,能在較大的pH 範圍內使用。(3)活性炭具有一定的催化活性。(4) 活性炭的疏水性使其對揮發性有機化合物有極強的吸附性,並且能在較大的濕度下依然保持較強吸附性能。
VOCs濃度對活性炭吸附效果有顯著影響。一般情況下,VOCs初始濃度越大,其對活性炭的穿透時間和飽和時間越短。活性炭對高濃度VOCs 吸附的過程屬於物理吸附,基本不用考慮化學吸附的影響,吸附效果主要取決於活性炭孔徑的大小和數量;而對於低濃度VOCs 吸附的過程屬於化學吸附,吸附效果主要取決於VOCs的化學性質。不同濃度甲苯的10% 穿透吸附劑的時間與吸附質初始濃度的對數存在線性關係,即吸附質初始濃度越大,其透過吸附劑的時間越短,吸附質的吸附效果越好。不同濃度甲苯的10% 穿透吸附劑的時間與吸附質初始濃度的對數存在線性關係,即吸附質初始濃度越大,其透過吸附劑的時間越短,吸附質的吸附效果越好。
VOCs的分子量和極性對活性炭吸附效果有很大影響。一般情況下,若VOCs結構類似,其相對分子質量越大,則被吸附得越多;對分子質量和結構都相近的VOCs,則是不飽和性越大越易被吸附。利用不同原料製配的活性炭吸附苯、二氯甲烷、氯仿和四氯化碳4 種VOCs。實驗表明,活性炭對苯的吸附效果更強,因為苯有較高的吸附熱和較低的熵變。
VOCs的組分不同,活性炭吸附的效果不同。因為VOCs各組分的吸附親和力不同,在被活性炭吸附時會產生競爭效應。VOCs各組分在活性炭表麵的吸附過程是一個吸附和解離的動態平衡過程,吸附能力強的VOCs組分先達到動態平衡,吸附能力弱的VOCs組分後達到平衡。
VOCs流量、吸附劑的填充密度等對吸附質的吸附效果都有不同程度的影響。VOCs的流量加大會較快到達穿透點和吸附飽和點,吸附曲線斜率不變,使穿透曲線發生前移;吸附劑填充密度對吸附質穿透時間與飽和時間都有影響,吸附劑填充密度大有利於吸附。

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