活性炭在VOCs治理中的應(yīng)用

VOCs治理的必要性：揮發(fā)性有機(jī)廢氣（以下簡稱VOCs）是一種有害氣體，會污染空氣，影響人類健康，主要成分包括：硫烴、含氧烴、氮烴、鹵代烴、烴類等多環(huán)芳香烴，由于它們的性質(zhì)相似，它們很容易混合在一起，在人們呼吸時，進(jìn)入人體，對人體器官造成傷害。因此，需要對揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行治理，嚴(yán)格控制工業(yè)排放量。

1、活性炭吸附法治理VOCs的工藝

活性炭吸附法是當(dāng)前較常用的VOCs治理工藝，通常有變壓吸附（pressure swingadsorption，PSA）、變溫吸附（thermal swing adsorption，TSA），兩者聯(lián)用的變溫-變壓吸附（thermal pressure swing adsorption，TPSA）和變電吸附（electric swing adsorption，ESA）等技術(shù)，在印刷、電子、化工、食品等多個行業(yè)均有應(yīng)用。

2、活性炭吸附VOCs的影響因素

本文所指吸附是指當(dāng)氣體與多孔固體材料接觸時，氣體物質(zhì)中某一物質(zhì)或多種物質(zhì)在固體材料的內(nèi)、外表面處產(chǎn)生積蓄的現(xiàn)象。多孔固體材料稱為吸附劑，被吸附積蓄的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。

常用的吸附劑有：活性炭、活性硅膠、氧化鋁等。氣體混合物能否通過吸附分離成功，主要取決于吸附劑對吸附質(zhì)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。

活性炭作為目前常用的VOCs吸附劑，主要有以下特點(diǎn)。

（1）活性炭具有孔徑分布廣泛、孔隙率高和比表面積大的優(yōu)點(diǎn)。

（2）活性炭的機(jī)械性能高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能在較大的pH范圍內(nèi)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(fā)性有機(jī)化合物有較強(qiáng)的吸附性，并且能在較大的濕度下，依然保持較強(qiáng)吸附性能。

2.1活性炭孔隙分布對VOCs吸附效果的分析

活性炭不同孔徑的孔隙具有完全不同的吸附機(jī)理。

其中微孔（＜2nm）吸附基本符合微孔填充理論，即固體吸附劑表面存在位勢場，鄰近的VOCs分子在場的作用下吸附在吸附劑表面；

過渡孔（2nm-100nm）吸附時，除單分子層和多分子層吸附外，更主要的是通過毛細(xì)凝聚機(jī)理產(chǎn)生容積填充吸附；

大孔（＞100nm）吸附主要是多分子層吸附，符合BET理論。

此外，活性炭的孔徑要和VOCs的分子大小相匹配才能被有效吸附。在分子大小相匹配的情況下，活性炭孔徑的分布越均勻、孔的形狀越規(guī)則，則活性炭吸附效果越好。

2.2活性炭活化方式對VOCs吸附效果的分析

活性炭的活化按活化方式可分為物理活化和化學(xué)活化。

其中物理活化是利用活性氣體在較高溫度下對活性炭進(jìn)行弱氧化，常用水蒸氣或CO2來活化活性炭。

化學(xué)活化法是在一定溫度下將活性炭浸漬在化學(xué)藥品中對其表面進(jìn)行改性，常用硝酸及其鹽類。

2.3對不同初始濃度VOCs吸附效果的分析

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吸附的過程屬于物理吸附，基本不用考慮化學(xué)吸附的影響，吸附效果主要取決于活性炭孔徑的大小和數(shù)量；

而對于低濃度VOCs吸附的過程屬于化學(xué)吸附，吸附效果主要取決于VOCs的化學(xué)性質(zhì)。

2.4對不同分子量和極性VOCs吸附效果的分析

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(jié)構(gòu)類似，其相對分子質(zhì)量越大，則被吸附得越多；對分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)都相近的VOCs，則是不飽和性越大越易被吸附。

2.5不同組分VOCs吸附效果的分析

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(chǎn)生競爭效應(yīng)。VOCs各組分在活性炭表面的吸附過程是一個吸附和解離的動態(tài)平衡過程，吸附能力強(qiáng)的VOCs組分先達(dá)到動態(tài)平衡，吸附能力弱的VOCs組分后達(dá)到平衡。

3、其他揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）治理技術(shù)

3.1直接燃燒法

直接燃燒法，就是使VOCs直接燃燒，其方法就是將VOCs直接通人到焚燒爐中，就可以使VOCs在高溫中燃燒。如果VOCs的濃度高，它們在爐中就可以很好的燃燒，生成CO2和H2O，當(dāng)VOCs濃度低時，此時的燃燒由于不充分，就需要采取一定的措施，如：加入輔助燃料，也會使VOCs燃燒完全，使VOCs完全生成CO2和H2O，這些CO2和H2O就可以排入空氣。

3.2催化燃燒法

催化燃燒法是在反應(yīng)系統(tǒng)加入某種催化劑，在催化劑的作用下，使VOCs能夠完全反應(yīng)，生成CO2和H2O，然后將它們排人到空氣中的方法。這種催化劑的作用機(jī)理，主要是可以降低VOCs的燃點(diǎn)。

3.3生物法

生物過濾法處理VOCs，這種有機(jī)廢氣，主要是工業(yè)生產(chǎn)、市政污水、污泥處理的主要來源。為了治理惡臭氣體，提出了生物過濾法這種技術(shù)，近年來，隨著科學(xué)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)這種處理方法對處理VOCs也有較好的效果。

3.4吸附法

吸附法是利用具有微孔結(jié)構(gòu)的吸附劑，它的方法是利用這種吸附劑，可以將空氣中的吸附質(zhì)吸附在吸附劑的表面上，通過吸附劑的吸附將有機(jī)物從主體中分離，這樣就可以進(jìn)行有效的VOCs治理。

總的來說，活性炭在VOCs治理中的起著很重要的作用，建議客戶采用煤質(zhì)柱狀活性炭，效果更佳。