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影响活性炭吸附VOCs效果的因素分析

影响活性炭吸附VOCs效果的因素分析

发布日期:2019-01-04 编辑: 点击:

挥发性有机化合物是一类有机化合物的统称,简称VOCs,即沸点在50~ 250℃之间,常温下饱和蒸汽压大于133.32Pa,通常以蒸汽形式存在于空气中的一类有机化合物。VOCs是常见的大气污染物,其主要组成有烃类、卤代烃、酯、酸等,可对人体的呼吸系统和肝脏器官造成不良影响,国际社会已对VOCs的排放做出严格规定。目前有关VOCs治理工作已成为当前大气污染防治工作的一项重要工作。
VOCs的处理方法主要有:物理法和生化法。其中物理法主要有吸附法、分离法,生化法主要有热氧化法、催化燃烧法、生物氧化法、电晕法等,其中吸附法是最常用的净化方法,而活性炭是最常用的吸附剂。
本处所指吸附是指当气体与多孔固体材料接触时,气体物质中某一物质或多种物质在固体材料的内、外表面处产生积蓄的现象。多孔固体材料称为吸附剂,被吸附积蓄的物质称为吸附质。常用的吸附剂有:活性炭、活性硅胶、氧化铝等。气体混合物能否通过吸附分离成功,主要取决于吸附剂对吸附质的吸附效果,因此吸附剂的选择是确定吸附操作的首要问题。活性炭作为目前最常用的VOCs吸附剂,主要有以下特点。
(1) 活性炭具有孔径分布广泛、孔隙率高和比表面积大的优点。(2)活性炭的机械性能高、化学性质稳定,能在较大的pH 范围内使用。(3)活性炭具有一定的催化活性。(4) 活性炭的疏水性使其对挥发性有机化合物有极强的吸附性,并且能在较大的湿度下依然保持较强吸附性能。
VOCs浓度对活性炭吸附效果有显著影响。一般情况下,VOCs初始浓度越大,其对活性炭的穿透时间和饱和时间越短。活性炭对高浓度VOCs 吸附的过程属于物理吸附,基本不用考虑化学吸附的影响,吸附效果主要取决于活性炭孔径的大小和数量;而对于低浓度VOCs 吸附的过程属于化学吸附,吸附效果主要取决于VOCs的化学性质。不同浓度甲苯的10% 穿透吸附剂的时间与吸附质初始浓度的对数存在线性关系,即吸附质初始浓度越大,其透过吸附剂的时间越短,吸附质的吸附效果越好。不同浓度甲苯的10% 穿透吸附剂的时间与吸附质初始浓度的对数存在线性关系,即吸附质初始浓度越大,其透过吸附剂的时间越短,吸附质的吸附效果越好。
VOCs的分子量和极性对活性炭吸附效果有很大影响。一般情况下,若VOCs结构类似,其相对分子质量越大,则被吸附得越多;对分子质量和结构都相近的VOCs,则是不饱和性越大越易被吸附。利用不同原料制配的活性炭吸附苯、二氯甲烷、氯仿和四氯化碳4 种VOCs。实验表明,活性炭对苯的吸附效果更强,因为苯有较高的吸附热和较低的熵变。
VOCs的组分不同,活性炭吸附的效果不同。因为VOCs各组分的吸附亲和力不同,在被活性炭吸附时会产生竞争效应。VOCs各组分在活性炭表面的吸附过程是一个吸附和解离的动态平衡过程,吸附能力强的VOCs组分先达到动态平衡,吸附能力弱的VOCs组分后达到平衡。
VOCs流量、吸附剂的填充密度等对吸附质的吸附效果都有不同程度的影响。VOCs的流量加大会较快到达穿透点和吸附饱和点,吸附曲线斜率不变,使穿透曲线发生前移;吸附剂填充密度对吸附质穿透时间与饱和时间都有影响,吸附剂填充密度大有利于吸附。

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