活性炭在VOCs處理的應(yīng)用與選型

活性炭具有吸附分離的作用，利用活性炭作為吸附劑具有較強(qiáng)的脫除痕量物質(zhì)的能力和良好的選擇性，能把把結(jié)構(gòu)類似、物化性質(zhì)接近的物質(zhì)分開。

吸附分離過(guò)程在石油、化工、冶金、食品和醫(yī)藥等行業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用，在保護(hù)環(huán)境、控制污染方面也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，吸附分離日益成為完整、獨(dú)立的單元操作。

活性炭是一種具有高度發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和極大內(nèi)表面積的人工炭材料制品，達(dá)通常其孔容積達(dá)0.2～1.0cm3/g、比積表面積400～1000m2/g。吸附作用是活性炭的最顯著的特征之一，它可以從氣相或液相中吸附各種物質(zhì)。

活性炭的特性

高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的內(nèi)表面積；

表面上含有(或可附加上)多種官能團(tuán)(以增加活性點(diǎn))；

具有催化性能；性能穩(wěn)定，

可在不同溫度、酸堿度中使用；

可以再生，近乎“萬(wàn)能”的活性炭得到日益廣泛的應(yīng)用

傳統(tǒng)應(yīng)用－食品和醫(yī)藥脫色、除味，防毒面具

大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用：有機(jī)合成工業(yè)中作為催化劑和載體

溶劑的精制、回收與分離

防除原子能設(shè)施放出的放射性物質(zhì)…

近年來(lái)在環(huán)境保護(hù)方面：

凈化給水、污水處理

凈化空氣并除去生產(chǎn)中排出的有害氣體

綠色存儲(chǔ)電源：超級(jí)電容器

目前世界活性炭年消費(fèi)量超過(guò)120萬(wàn)噸，年增長(zhǎng)速度～15%西方部分發(fā)達(dá)國(guó)家量環(huán)保人均活性炭年需求量300－400克。

活性炭選型的原理

決定活性炭應(yīng)用性能的主要因素如下：

孔結(jié)構(gòu)：孔形狀、尺寸及分布

表面化學(xué)：表面官能團(tuán)的種類與數(shù)量

無(wú)機(jī)質(zhì)含量：灰分、特別是成色離子、某些重金屬含量

形狀：應(yīng)用途徑要求活性炭具有球、蜂窩、波紋等特殊形狀

強(qiáng)度

活性炭的吸附作用絕大部分是由微孔進(jìn)行的，

吸附量的大小受微孔量的多少支配

大孔和中孔的作用不能忽視

只有少數(shù)微孔直接通向活性炭顆粒的外表面，在絕大多數(shù)情況下，活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)主要按下列方式排列：

大孔直接通向顆粒的外表面;

過(guò)渡孔是大孔的的分支;

微孔又是過(guò)渡孔的分支

微孔的吸附作用應(yīng)以大孔的通道作用和中孔的過(guò)渡作用為條件

活性炭孔結(jié)構(gòu)的特異性意義

吸附過(guò)程中，吸附劑的孔徑與吸附質(zhì)分子或離子的幾何尺寸要匹配，只有吸附質(zhì)分子或離子能進(jìn)入、充填的孔隙才是有效的孔隙，有效孔隙所對(duì)應(yīng)的孔徑分布（可幾孔徑）－對(duì)吸附劑利用率最高的孔徑與吸附質(zhì)分子直徑的比值是1.7～3.0，不同吸附質(zhì)的尺寸不同，對(duì)活性炭孔的要求各異。

活性炭的表面化學(xué)

活性炭表面的氧化物及有機(jī)官能團(tuán)(如羧基、羰基、羥基、內(nèi)酯等)能使活性炭同時(shí)具備特殊的表面化學(xué)特性，這又賦予活性炭以特殊的化學(xué)吸附性能

活性炭表面含氧官能團(tuán)：酚羥基、羧基、內(nèi)酯基、羰基、酸酐等

含氮官能團(tuán)可能存在形式：酰胺基、酰亞胺基、乳胺基；類吡咯基、類吡啶基

活性炭表面性質(zhì)的意義

活性炭的各種用途對(duì)其表面官能團(tuán)種類與數(shù)量的要求不同

VOCs凈化用活性炭的類型（根據(jù)用途和吸附工藝劃分）

油氣回收用顆?；钚蕴?/span>

溶劑回收用顆?；钚蕴?/span>

低濃度廢氣吸附濃縮用蜂窩狀活性炭

油氣回收用活性炭的孔隙特征與指標(biāo)要求

降壓(抽真空)解吸,需要“中孔(>2nm)活性炭”

溶劑回收用活性炭的孔隙特征與指標(biāo)要求

采用水蒸氣置換再生時(shí),再生速度較快,需要較多的“亞微孔”(1.5～2.0nm)以及部分“中孔”(>2nm);

當(dāng)采用熱空氣或氮?dú)獯祾咴偕鷷r(shí),

蜂窩狀活性炭的指標(biāo)要求

蜂窩活性炭用于低濃度VOCs的吸附濃縮工藝；

摻加了一定量的粘合劑(黏土、高嶺土、海泡石等)擠壓成型；

目前市場(chǎng)上的蜂窩炭的比表面積一般在400-600m2/g；

吸附速度和脫附再生速度都較慢,只適用于低濃度的VOCs

由于具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性能，活性炭在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，且范圍日益擴(kuò)大；作為最為經(jīng)典的氣體凈化技術(shù)，吸附凈化法是目前工業(yè)有機(jī)廢氣治理的主流技術(shù)之一，可單獨(dú)用于VOCs凈化、也是各種組合治理技術(shù)的基本構(gòu)成；活性炭是吸附凈化的常用、核心材料，其作用發(fā)揮的前提是選擇了適宜的活性炭。

來(lái)源：VOCnews

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