影響活性炭吸附揮發(fā)性有機(jī)物的因素

    活性炭對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的吸附性能除了與 活性炭自身性質(zhì)有關(guān)外，還與吸附質(zhì)的物性，吸附操作的條件等有關(guān)。針對(duì)活性炭進(jìn)行改性處理以滿足某類(lèi)揮發(fā)性有機(jī)物的治理要求，或者針對(duì)某類(lèi)揮發(fā)性有機(jī)物匹配合適的活性炭品種和操作條件是目前研究的熱點(diǎn)。  活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的影響及表面化學(xué)改性      活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)由活性炭表面官能團(tuán)的種類(lèi)和數(shù)量決定，表面化學(xué)性質(zhì)差異影響活性炭的化學(xué)吸附性能。通過(guò)對(duì)活性炭進(jìn)行表面化學(xué)改性，可以改變活性炭對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的吸附能力和吸附選擇性。     研究表明，氨化可以使活性炭表面堿性官能團(tuán)增加，氧化可以使活性炭表面酸性官能團(tuán)增加不同酸和堿浸漬改性椰殼活性炭對(duì)多種揮發(fā)性有機(jī)物的吸附性能，發(fā)現(xiàn)磷酸浸漬改性的活性炭對(duì)苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)物吸附性能提高。     分別利用H2SO4/H2O2、NaOH改性玉米秸稈活性炭，發(fā)現(xiàn)用H2SO4/H2O2改性后的活性炭，降低了其對(duì)甲苯等弱極性、非極性物質(zhì)的吸附量，而用NaOH改性能提高其對(duì)甲醛等極性物質(zhì)的吸附能力。     用氨水浸漬改性活性炭，發(fā)現(xiàn)改性后的活性炭對(duì)鄰二甲苯等疏水性揮發(fā)性有機(jī)物的吸附能力要強(qiáng)于酸改性。負(fù)載金屬改性是通過(guò)負(fù)載在活性炭上的金屬單質(zhì)或金屬離子與吸附質(zhì)之間較強(qiáng)的結(jié)合力，來(lái)提高活性炭吸附分離性能的方法。一般認(rèn)為，負(fù)載金屬改性能改變活性炭表面的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而改變活性炭的極性，使得活性炭的吸附以化學(xué)吸附為主，增加了吸附的選擇性[]。     在200℃的低氧條件下用Co浸漬改性活性炭， 發(fā)現(xiàn)改性后的 活性炭對(duì)甲苯吸附性能顯著提高。負(fù)載金屬改性活性炭技術(shù)目前主要應(yīng)用在處理甲醛、甲苯 等分子量小的污染物上，對(duì)一些大分子量揮發(fā)性有機(jī)物的 應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。  吸附質(zhì)物性的影響      吸附質(zhì)分子是否能夠進(jìn)入活性炭的孔與其自身的動(dòng)力學(xué)直徑有關(guān)。根據(jù)尺寸排斥理論，只有當(dāng)活性炭的孔隙直徑大于吸附質(zhì)分子直徑時(shí)，吸附質(zhì)分子才能進(jìn)入到活性炭的孔隙中。研究發(fā)現(xiàn)吸附劑吸附效率最高時(shí)，吸附劑的孔徑與吸附質(zhì)分子直徑的比值 1.7～3.0。大部分氣態(tài)污染物的分子尺寸小于2mm， 因此適合揮發(fā)性有機(jī)物吸附的活性炭的內(nèi)孔道要以微孔為主，大于有效孔徑的孔吸附作用甚微。研究還發(fā)現(xiàn)小于0.7mm的微孔對(duì)苯和甲苯有很強(qiáng)的吸附能力。0.60～1.15mm范圍內(nèi)的微孔為CH4吸附的有效區(qū)間，大于此范圍的孔在吸附過(guò)程中主要起通道作用。吸附質(zhì)物性的影響還表現(xiàn)在分子量、飽和蒸氣壓、沸點(diǎn)等方面。活性炭自身有效吸附點(diǎn)位數(shù)量有限， 當(dāng)活性炭吸附分子數(shù)量相近的不同物質(zhì)時(shí)，分子量大的表現(xiàn)出活性炭對(duì)其飽和吸附量大。由于沸點(diǎn)高的氣態(tài)物質(zhì)在吸附過(guò)程中容易產(chǎn)生毛細(xì)凝聚現(xiàn)象，因此易于被吸附。飽和蒸氣壓和 活性炭飽和吸附量顯著相關(guān)，在一定溫度下，飽和蒸氣壓越大的揮發(fā)性有機(jī)物越容易脫附。通過(guò)研究6種揮發(fā)性有機(jī)物的飽和蒸氣壓與活性炭飽和吸附量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)飽和蒸氣壓越大的揮發(fā)性有機(jī)物活性炭的飽和吸附量越小。甲苯、丙酮及二甲苯物性對(duì)其在活性炭上吸附行為的影響，結(jié)果表明：活性炭對(duì)有機(jī)氣體的飽和吸附量隨著吸附質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)直徑、分子量、沸點(diǎn)的增大而增大，隨著吸附質(zhì)極性、蒸氣壓的增大而減小。 操作條件的影響     吸附操作過(guò)程中的溫度、 進(jìn)口濃度、氣體流速、壓力、水分、氣體組成等都會(huì)影響活性炭的吸附性能，針對(duì)不同揮發(fā)性有機(jī)物選擇合適的操作條件十分重要。溫度能影響擴(kuò)散速度和吸附平衡，提高溫度能提高擴(kuò)散速率，加快到達(dá)吸附平衡的時(shí)間，但升高溫度會(huì)導(dǎo)致吸附量下降，吸附操作時(shí)宜將溫度控制在40℃以內(nèi)。不同溫度下活性炭對(duì)甲基丙烯酸甲酯的吸附過(guò)程，隨著溫度升高，飽和吸附量不斷降低。對(duì)于同一有機(jī)物的吸附，吸附容量隨著進(jìn)口濃度的增加而增大，隨著氣體流速的提高而減小，活性炭吸附法最適于處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物濃度為300～5000uL/L。通過(guò)研究顆粒活性炭對(duì)苯和甲苯的吸附行為，建立數(shù)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)該模型可以通過(guò)流速、床高和入口濃度來(lái)確定穿透時(shí)間。采用固定床反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)考察不同溫度和表觀氣速下活性炭對(duì)低濃度萘的吸附行為。增大氣相主體壓力，即增大了吸附質(zhì)的分壓，有利于吸附，壓力降低有利于解析，低分壓的氣體比高分壓氣體更易吸附。 濕度能顯著影響活性炭對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的吸附性能，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣體濕度大于50％時(shí)， 對(duì)吸附的抑制作用顯著增強(qiáng)，特別是對(duì)低濃度的揮發(fā)性有機(jī)物影響非常顯著。研究發(fā)現(xiàn)活性炭在處理二氯甲烷類(lèi)非水溶性揮發(fā)性有機(jī)物時(shí)，氣體中水分的含量對(duì)吸附效果有很大的影響，甚至能夠使二氯甲烷脫附；而對(duì)于乙醇類(lèi)水溶性揮發(fā)性有機(jī)物，水分的影響并不 大，這與乙醇有較大極性且與水能混溶有關(guān)。工業(yè)排放的有機(jī)廢氣往往含有多種組分，多組分揮發(fā)性有機(jī)物在活性炭上吸附時(shí)，各組分間會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附。一種組分的存在，常常會(huì)對(duì)另一種組分有副作用，吸附過(guò)程還存在置換作用。固定床吸附器上多組分揮發(fā)性有機(jī)物的吸附競(jìng)爭(zhēng)，該模型可以準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)多組分混合物間的吸附競(jìng)爭(zhēng)和吸附平衡。了揮發(fā)性有機(jī)物在活性炭上的二元吸附過(guò)程，發(fā)現(xiàn)高沸點(diǎn)組分能置換低沸點(diǎn)組分，二元體系的吸附量較同等條件時(shí)的單組分吸附量均有不同程度的降低。     活性炭吸附法是工業(yè)中最為廣泛使用的揮發(fā)性有機(jī)物治理方法， 但活性炭在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題，如吸附容量不高、吸附后活性炭的再生能力差、吸附性能受水氣等環(huán)境因素影響較大等。為了進(jìn)一步優(yōu)化活性炭的吸附性能，要加強(qiáng)對(duì)活性炭吸附過(guò)程影響因素的研究，尋找行之有效的活性炭孔結(jié)構(gòu)調(diào)控和表面改性方法，開(kāi)發(fā)具有更佳吸附性能或滿足特定需求的高效吸附材料(如特種用途活性炭、高強(qiáng)度活性炭纖維、活性炭布等)。在綜合考慮 活性炭吸附治理?yè)]發(fā)性有機(jī)物的影響因素的基礎(chǔ)上，改進(jìn)和研制揮發(fā)性有機(jī)物回收及綜合利用設(shè)備，設(shè)計(jì)最佳的工藝操作條件，使活性炭在揮發(fā)性有機(jī)物的治理方面得到更廣闊的應(yīng)用。