所开发不同活性炭品种和VOCs回收装置将是以后研究的重要方向。 活性炭的表面化学性质由活性炭表面官能团的种类和数量决定,表面化学性质差异影响活性炭的化学吸附性能。通过对活性炭进行表面化学改性,可以改变活性炭对VOCs的吸附能力吸附选择性。SHEN等[38]的研究表明,氨化可以使活性炭表面碱性官能团增加,氧化可以使活性炭表面酸性官能团增加。KIM等[39]研究了不同酸和碱浸渍改性椰壳活性炭对多种VOCs的吸附性能,发现浸渍改性的活性炭对、、二等VOCs吸附性能提高。刘耀源等分别利用H2SO4/H2O2[40]、NaOH[41]改性玉米秸秆活性炭,发现用改性后的活性炭,降低了其对等弱极性、非极性物质的吸附量,而用NaOH改性能提高其对醛等极性物质的吸附能力。LI等[42]用氨水浸渍改性活性炭,发现改性后的活性炭对邻二等疏水性VOCs的吸附能力要强于酸改性。负载金属改性是通过负载在活性炭上的金属单质或金属离子与吸附质之间较强的结合力,来提高活性炭吸附分离性能的方法。一般认为,负载金属改性能改变活性炭表面的化学性质,进而改变活性炭的极性,使得活性炭的吸附以化学吸附为主,增加了吸附的选择性[43]。LU等[44]在200℃的低氧条件下用Co浸渍改性活性炭,发现改性后的活性炭对吸附性能显著提高。负载金属改性活性炭技术目前主要应用在处理醛、等分子量小的污染物上,对一些大分子量VOCs的应用有待进一步研究[45]。
3.2吸附质物性的影响
吸附质分子是否能够进入活性炭的孔与其自身的动力学直径有关。根据尺寸排斥理论,只有当活性炭的孔隙直径大于吸附质分子直径时,吸附质分子才能进入到活性炭的孔隙中[46]。研究发现吸附剂吸附效率时,吸附剂的孔径与吸附质分子直径的比值为1.7~3.0[47]。大部分气态污染物的分子尺寸小于2nm[48],因此适合VOCs吸附的活性炭的内孔道要以微孔为主,大于有效孔径的孔吸附作用甚微。等[49]的研究发现小于0.7nm的微孔对和有很强的吸附能力。冀有俊等[50]研究发现0.60~1.15nm范围内的微孔为CH4吸附的有效区间,
李立清等[53]研究了、及二3种VOCs物性对其在活性炭上吸附行为的影响,结果表明:活
VOCs在活性炭上吸附时,各组分间会发生竞争吸附。一种组分的存在,常常会对另一种组分有,吸附过程还存在置换作用。TEFERA等[60]建立二维数学模型研究固定床吸附器上多组分VOCs的吸附竞争,该模型可以准确的预测多组分混合物间的吸附竞争和吸附平衡。曹利等[61]研究了VOCs在活性炭上的二元吸附过程,发现高沸点组分能置换低沸点组分,二元体系的吸附量较同等条件时的单组分吸附量均有不同程度的降低。
4、结语
活性炭吸附法是工业中最为广泛使用的VOCs治理方法,但活性炭在实际应用中还存在一些问题,如吸附容量不高、吸附后活性炭的再生能力差、吸附性能受水气等环境因素影响较大等。为了进一步优化活性炭的吸附性能,要加强对活性炭吸附过程影响因素的研究,寻找行之有效的活性炭孔结构调控和表面改性方法,开发具有更佳吸附性能或满足特定需求的高效吸附材料(如特种用途活性炭、高强度活性碳纤维、活性碳布等)。在综合考虑活性炭吸附治理VOCs的影响因素的础上,改进和研制VOCs回收及综合利用设备,设计的工艺操作条件,使活性炭在VOCs的治理方面得到更广阔的应用。
5、展望
随着最严《环保法》的施行,以及社会各界对污染的广泛关注,环保行业市场,尤其是VOCs治理市场将会受益。可以预见未来VOCs的治理工作将会得到发展,VOCs治理技术水平将会不断提升,VOCs治理产业也将进入增长的发展时期。活性炭吸附法是治理VOCs最广泛应用的方法,未来用于VOCs治理的活性炭需求量将不断加大,对活性炭的品种、性能将会有更高的要求。相比于传统活性炭治理技术,多种VOCs治理技术的耦合使用,将是今后治理VOCs废气的一个大趋势。比如采用变温-变压吸附技术、膜分离-变压吸附技术、吸附浓缩-冷凝回收技术和吸附浓缩-催化燃烧技术等治理VOCs废气,实现低能耗下VOCs的彻底处理;根据VOCs自身溶解度、沸点等特性,选择变温吸附或变压吸附进行溶剂的回收等。以活性炭吸附法为主的VOCs回收及综合利用设备的开发也是以后研究的重点。如储油库、加油站等储油场所活性炭油气回收系统的改进和开发,油罐车、油轮等运输工具使用的移动式小型油气回收系统的改进和开发,餐饮服务业使用的具有油雾回收功能的油烟抽排装置的研制开发,都将是未来活性炭应用研究的热点。同时开发高效实用的吸附性能强的活性炭,解决对汽油、石脑油、煤油等高发性有机液体和、、二等危险化学品的回收问题,也仍然需要
活性炭、磺化煤、沸石、焦炭等都是水处理常用的吸附剂,活性炭经过活化后碳晶格构成形状和大小不一的兴旺细孔,大大添加比表面积,提高吸附才能。活性炭的细孔有用半径通常为小孔半径在以下,过渡孔半径通常为,大孔半径为小孔容积通常为,过渡孔面积通常为;大孔容积通常为 挥发性有机化合物(VOCs)是一类重要的大气污染物,其所带来的环境污染问题已经引起全世界的关注。活性炭吸附法是治理VOCs污染的有效手段。本文从介绍VOCs治理技术出发,简述了活性炭吸附法在VOCs治理中的使用现状,概括了活性炭吸附法治理VOCs的工艺技术和存在问题,指出变温-变压吸附、变电吸附以其高效节能环保的优点,在VOCs治理中具有较好的发展前景。分析了活性炭表面化学性质、吸附质的物性、操作条件对活性炭吸附法治理VOCs的影响,为VOCs治理专用活性炭的改进和新产品的开发,提供了理论依据。在总结现有研究进展的础上,预测了活性炭吸附法治理VOCs技术的发展趋势,提出对工艺的改进以及与其他VOCs废气处理技术的耦合使用,针对不同VOCs排放场所开发不同活性炭品挥发性有机化合物是指在20℃时饱和蒸气压大于等于0.13kPa的有机化合物[1]。其主要来源于石油化工行业废气的排放,储油库、加油站、车辆等油品的挥发和油漆、涂料、包装、印刷、胶黏剂、化妆品等行业有机溶剂的使用。据统计,年我国工业源VOCs排放量约为1206万吨,并且每年呈约8.6的递增趋势[2]。到2030年,仅加油站VOCs的排放量可达1271.03千吨,经济损失近十亿元[3]。VOCs大多数有毒,并且由于饱和蒸气压高,可以在自然状态下挥发到空气中,通过呼吸道进入人体,诱发多种疾。VOCs还是导致天气的元凶之一,由VOCs经化学转化生成的颗粒物,在一些地区可以占PM2.5来源的21。由VOCs经光化学反应形成的二次气凝胶占PM10的25~35[4],是PM10的重要组成部分。随着天气大范围的持续出现,VOCs治理问题已经引起世界各国的高度重视,若能经济有效地回收VOCs,特别是高浓度、高价值的VOCs,具有环境、健康、经济三重效益。
为了更好地应对我国当前的大气污染形式,促进VOCs的减排与控制,2013年9月,印发了《大气污染防治行动计划》,要求推进VOCs污染治理,特别是在石化、有机化工、表面涂装、包装印刷等行业实施VOCs的综合整治。同年,国家环保部发布了《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》公告,针