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活性炭在含VOCs 工业废气净化中的应用 与 VOCs治理用活性炭选型

作者: 工业废气净化 编辑: 工业废气净化 来源: 工业废气净化 发布日期: 2019.02.20

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  活性炭具有吸附分离的作用,利用活性炭作为吸附剂具有较强的脱除痕量物质的能力和良好的选择性,能把把结构类似、物化性质接近的物质分开。

      吸附分离过程在石油、化工、冶金、食品和医药等行业中已得到广泛的应用,在保护环境、控制污染方面也发挥着越来越重要的作用,吸附分离日益成为完整、独立的单元操作。
      活性炭是一种具有高度发达孔隙结构和极大内表面积的人工炭材料制品, 达 通常其孔容积达 0.2 ~1.0 cm 3 /g 、 比积 表面积 400 ~1000 m 2 /g。 吸附作用是活性炭的最显著的特征之一 , 它可以从气相或液相中吸附各种物质。
活性炭的特性:
一、高度发达的孔隙结构和巨大的内表面积;
二、表面上含有( 或可附加上) 多种官能团( 以增加活性点) ;
具有催化性能;
一、性能稳定,可在不同温度、酸碱度中使用;
二、可以再生
近乎“万能”的活性炭得到日益广泛的应用
传统应用- 食品和医药脱色、除味,防毒面具
大规模工业应用: 有机合成工业中作为催化剂和载体
溶剂的精制、回收与分离
防除原子能设施放出的放射性物质…
近年来在环境保护方面:
净化给水、污水处理
净化空气并除去生产中排出的有害气体
绿色存储电源: 超级电容器
目前世界活性炭年消费量超过120 万吨
年增长速度 ~15%
西方部分发达国家 量 环保人均活性炭年需求量 300 -400 克
吸附法工业有机废气净化
活性炭选型的原理
决定活性炭应用性能的主要因素如下:
孔结构: 孔形状、尺寸及分布
表面化学: 表面官能团的种类与数量
无机质含量: 灰分、特别是成色离子、某些重金属含量
形状: 应用途径要求活性炭具有球、蜂窝、波纹等特殊形状
强度:活性炭的吸附作用绝大部分是由微孔进行的,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视,只有少数微孔直接通向活性炭颗粒的外表面,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:
一、大孔直接通向颗粒的外表面;
二、过渡孔是大孔的的分支;
三、微孔又是过渡孔的分支,微孔的吸附作用应以大孔的通道作用和中孔的过渡作用为条件

活性炭孔结构的特异性意义:

      吸附过程中,吸附剂的孔径与吸附质分子或离子的几何尺寸要匹配, 只有吸附质分子或离子能进入、充填的孔隙才是有效的孔隙,有效孔隙所对应的孔径分布( 可几孔径 )-  对吸附剂利用率最高的孔径与吸附 质分子直径的比值是1.7 ~3.0,不同吸附质的尺寸不同 ,对活性炭孔的要求各异。

活性炭的表面化学:

      活性炭表面的氧化物及有机官能团( 如羧基 、羰基、羟基、内酯等)能使活性炭同时具备特殊的表面化学特性,这又赋予活性炭以特殊的化学吸附性能

活性炭表面含氧官能团: 酚羟基、羧基、内酯基、羰基、酸酐等

含氮官能团可能存在形式: 酰胺基、酰亚胺基、乳胺基;类吡咯基、类吡啶基
活性炭表面性质的意义
活性炭的各种用途对其表面官能团种类与数量的要求不同
VOCs 净化用活性炭的类型 (根据用途和吸附工艺划分)
油气回收用颗粒活性炭
溶剂回收用颗粒活性炭
低浓度废气吸附浓缩用蜂窝状活性炭
油气回收用活性炭的孔隙特征与指标要求
降压( 抽真空) 解吸,  需要“中孔 (>2nm)  活性炭”
溶剂回收用活性炭的孔隙特征与指标要求

采用水蒸气置换再生时,  再生速度较快,  需要较多的  “亚微孔” ( 1.5 ~2.0nm)  以及部分“中孔” (> 2nm);

当采用热空气或氮气吹扫再生时, 

蜂窝状活性炭的指标要求

蜂窝活性炭用于低浓度VOCs 的吸附浓缩工艺;

掺加了一定量的粘合剂 ( 黏土、高岭土、海泡石等) 挤压成型;
目前市场上的蜂窝炭的比表面积一般在 400-600m2/g ;
吸附速度和脱附再生速度都较慢,  只适用于低浓度的VOCs
结语:
      由于具有独特的结构性能,活性炭在环境保护领域得到了广泛应用,且范围日益扩大;
      作为最为经典的气体净化技术, 吸附净化法是目前工业有机废气治理的主流技术之一,可单独用于VOCs净化、也是各种组合治理技术的基本构成:
活性炭是吸附净化的常用、核心材料,其作用发挥的前提是选择了适宜的活性炭。

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