活性炭吸附法在挥发性有机物治理中的应用研究进展

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基础上,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种和VOCs回收装置将是以后研究的重要方向。

高比表面氮掺杂多孔炭材料的制备及对苯和甲苯吸附性能研究

本文提出研制一种新型高比表面憎水性氮掺杂GCS-T多孔炭材料,在高湿度下用于捕获气体中苯系VOCs。以多巴胺为碳源,制备了聚多巴胺(PDA)亚微米球,分别研究了不同碳化过程和扩孔剂用量等因素对该多孔炭材料的表面形貌、晶体结构、石墨化程度和孔结构的影响,并采用SEM、XRD、Raman、TPD以及ASAP等多种手段进行了表征和测试。SEM分析结果表明:通过先碳化再扩孔的制备方式可以得到亚微米球形规整的炭材料,亚微米球粒径约在750-800 nm之间;XRD和Raman分析表明:先碳化再扩孔的材料GCS-T具有更高的石墨化程度,说明sp2杂化的炭含量较高;其比表面积均在1300 m2/g以上,具有较高的比表面积,其孔径分布集中,约在6-8?之间。以上特征显示出该材料可对小分子VOCs具有较强的吸附作用力。同时,较高的石墨化程度有利于增强材料对VOCs分子和水的竞争吸附,提高材料的憎水性。测定了N-多孔炭亚微米球对苯和甲苯蒸汽的等温吸附曲线。采用TPD方法测定了甲苯在不同升温速率下的脱附响应曲线,并估算了甲苯在N掺杂炭微球上的脱附活化能。吸附量结果如图1所示,该种炭材料在高压下对苯和甲苯的吸附容量并不是特别高,但是在超低压下的吸附容量较高,在298 K和40 Pa下对甲苯和苯的吸附容量约为3.8和4.9 mmol/g。其对甲苯的脱附活化能分别在53-54 k J/mol,分别为活性炭、分子筛吸附容量的3-5倍。由此可见,该材料在低浓度下,对苯系VOCs具有较强的捕获能力。

挥发性有机废气的高效净化和溶剂回收技术研究

近年来,随着中国经济水平的快速增长,挥发性有机物的消费量也大大地增加,从而导致向环境中排放的挥发性有机气体也同样增加。因此,加强对有机污染物的治理可以减少其本身对环境和人类的危害。针对我国排放量大、污染严重的典型挥发性有机物(VOCs)—酯类有机物(乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯),采用静动态吸附、程序升温脱附方法研究了颗粒活性炭对乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯等酯类VOCs的吸附、脱附性能;采用精馏、萃取精馏、分子筛吸附结合Aspen plus化工模拟软件探讨了分离提纯有机溶剂中酯类溶剂的精馏条件和吸附性能。以便为挥发性有机废气的高效净化和溶剂回收技术的工业化应用提供科学依据。 吸附、程序升温脱附研究表明:颗粒活性炭对酯类的吸附过程符合朗格缪尔吸附方程,静态吸附饱和量分别为乙酸乙酯0.3986g/g活性炭、乙酸丁酯0.3836g/g活性炭、乙酸异丙酯0.262g/g活性炭;最适宜吸附温度在30℃左右;活性炭脱附活化能的大小依次为乙酸甲酯 活性炭对混合酯类有机废气的吸附/脱附结果表明:活性炭对有机废气的吸附能力的大小与各组分自身的性质有关。沸点越大,汽化潜热越大的物质越容易被活性炭吸附,其吸附量相对也越大。沸点越低,汽化潜热越小的物质越容易被脱附,吸附量也相对较小。 填料精馏、萃取精馏结合Aspen plus化工模拟软件研究表明:乙酸乙酯和乙醇、乙酸乙酯和水均可产生共沸物,难以有效精馏提纯;普通精馏采用1.6m塔高回流比为6时,精馏产物乙酸乙酯含量仅达80%以上;分子筛吸附水的能力远大于吸附乙醇的能力,可以用分子筛吸附有机溶剂中的水分。采用加入萃取剂二甲基亚砜去除有机溶剂中的乙醇的萃取+萃取精馏方式,可得到含量为94.2%的乙酸乙酯,比直接采用萃取精馏的方法能耗减少约25%和萃取剂的使用量减少90%。