挥发性有机废气净化技术—活性炭吸附法

吸附法

吸附法是处理低浓度VOCs的有效方法之一，它是采用吸附剂将气体中的VOCs吸附，净化后的气体排入大气。常用的吸附剂有颗粒活性炭、沸石、高聚物吸附树脂、活性炭纤维、活性氧化铝和硅胶等。由于活性炭价格低，吸附效果好，是目前最常用的吸附剂。BRUCE^[4]研究表明活性炭对质量浓度在100 mg/m³左右的VOCs有较好的净化效果，使用周期在1 000 h以上。HAYASHI等^[5]利用K₂CO₃浸渍废弃聚氨酯制备高比表面积活性炭，在浸渍率（溶液中K₂CO₃的质量与待浸渍聚氨酯质量的比值）1.0，碳化温度1 073 K条件下所得的样品比表面积达到了2 772 m²/g，达到了商业用高比表面积活性炭的水平，是普通椰壳活性炭的2.5倍左右。所得样品对苯、丙酮、辛烷蒸汽进行吸附研究，吸附能力基本与商业高比表面积活性炭相当，是普通椰壳活性炭的3～4倍，表现出良好的性能。

另外活性炭纤维（ACF）比活性炭具有更为优良的吸附力学行为，吸附量大，吸脱附速度快，吸附选择性好，在吸附质浓度较低时，比普通活性炭有更好的吸附效果，因此活性炭纤维也逐渐受到人们的重视^[6]。

在吸附法研究中，对吸附剂进行改性，从而使其拥有更加优秀的吸附、脱附性能一直是吸附研究的热点。以活性炭为例，常用的吸附剂改性包括表面结构改性和表面化学改性^[7，8]，经改性后的活性炭一般具有比表面积加大、孔隙结构更丰富，孔径分布更均匀，对不同极性物质的吸附性能得到改善，对某些物质的吸附效果增强等性能。从而更加适合不同污染物的吸附净化。KIM等^[9]分别将纯净活性炭分别用HNO₃(NA)，H₂SO₄(SA)，HCl(HA)，H₃PO₄(PA)，CH₃COOH(AA)，KOH(PH)，NaOH(SH)溶液浸渍改性后净化苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、丁酮混合废气。浸渍量是样品活性炭质量的5%，研究发现，碱溶液改性后的活性炭吸附能力反而降低；酸改性样品中，以H₃PO₄(PA)浸渍过的活性炭(PA/AC)性能提高最高，除了吸附间二甲苯和丁酮的能力有所下降外，对其他污染物的吸附能力都有了大幅度提升，研究者认为对两种物质吸附能力下降是由于磷酸改性使得活性炭吸附大分子有机物的能力下降，同时虽然磷酸使活性炭微孔变窄但它改变了其表面的化学性质，使得改性活性炭对其他有机物吸附能力提高，但并未明确解释二甲苯3种异构体吸附能力差异的问题。在确定PA/AC的效果最好后又研究了浸渍量对吸附能力的影响，得到了最优浸渍量是1%，在该条件下1%PA/AC对苯、对二甲苯、乙醇的吸附能力是纯净活性炭1.5～2.0倍。

但是经研究发现，当有机废气中含有易燃气体时，由于吸附过程中会产生热量，因此存在安全隐患，解决办法是限制入口气流的VOCs含量小于25%，采用空气稀释是可行的方法之一^[10]。当VOCs分子量大于130且具有低挥发性（沸点大于240 ℃）时，吸附剂会对其强烈吸附，从而导致解吸困难；相反，当VOCs分子量小于45时，又出现了吸附不牢的情况，而且对于混合型有机废气当其中的有机物分子量相差过大时，吸附效果也不佳。因此，吸附法要依据有机废气的性质合理采用。