活性炭在VOCs治理中的應用

VOCs治理的必要性：揮發性有機廢氣（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、烴類等多環芳香烴，由于它們的性質相似，它們很容易混合在一起，在人們呼吸時，進入人體，對人體器官造成傷害。因此，需要對揮發性有機廢氣進行治理，嚴格控制工業排放量。

1、活性炭吸附法治理VOCs的工藝

活性炭吸附法是當前較常用的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，在印刷、電子、化工、食品等多個行業均有應用。

2、活性炭吸附VOCs的影響因素

本文所指吸附是指當氣體與多孔固體材料接觸時，氣體物質中某一物質或多種物質在固體材料的內、外表面處產生積蓄的現象。多孔固體材料稱為吸附劑，被吸附積蓄的物質稱為吸附質。

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。

（1）活性炭具有孔徑分布廣泛、孔隙率高和比表面積大的優點。

（2）活性炭的機械性能高、化學性質穩定，能在較大的pH范圍內使用。

（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性有機化合物有較強的吸附性，并且能在較大的濕度下，依然保持較強吸附性能。

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凝聚機理產生容積填充吸附；

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行弱氧化，常用水蒸氣或CO2來活化活性炭。

化學活化法是在一定溫度下將活性炭浸漬在化學藥品中對其表面進行改性，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，基本不用考慮化學吸附的影響，吸附效果主要取決于活性炭孔徑的大小和數量；

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

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結構類似，其相對分子質量越大，則被吸附得越多；對分子質量和結構都相近的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生競爭效應。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平衡過程，吸附能力強的VOCs組分先達到動態平衡，吸附能力弱的VOCs組分后達到平衡。

3、其他揮發性有機廢氣（VOCs）治理技術

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系統加入某種催化劑，在催化劑的作用下，使VOCs能夠完全反應，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理，主要是可以降低VOCs的燃點。

3.3生物法

生物過濾法處理VOCs，這種有機廢氣，主要是工業生產、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，近年來，隨著科學的發展，發現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構的吸附劑，它的方法是利用這種吸附劑，可以將空氣中的吸附質吸附在吸附劑的表面上，通過吸附劑的吸附將有機物從主體中分離，這樣就可以進行有效的VOCs治理。

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