活性炭吸附与安全脱附废气中甲苯工艺参数的研究

挥发性有机物(VOCs)是形成大气雾霾和PM2.5的重要前驱物,且具有"三致"作用和遗传毒性,对环境安全和人类生存繁衍构成严重威胁。某橡胶厂60万风量低浓度废气处理工程拟购某活性炭厂蜂窝活性炭作为吸附剂吸附废气中的甲苯,通过实地取样并对活性炭进行表面积和孔容孔径分析并通过活性炭脱附试验及循环再生试验,研究了脱附过程中温度、气速、活性炭装填体积与甲苯脱附浓度的关系以及活性炭吸附剂的循环再生能力,选择安全的脱附工艺参数。试验结果表明:活性炭样品比表面积为600~700m2/g,甲苯脱附出口浓度随温度、气速和活性炭装填体积增加而增大;在温度为180~210℃之间时,甲苯脱附出口浓度急剧增加两倍,需缓慢控制升温过程;试验条件下,甲苯脱附出口浓度与活性炭装填体积近似成正比;活性炭吸附剂对甲苯的循环再生性能良好。     

挥发性有机物在活性炭纤维上的吸附和电致热脱附

采用3种不同的活性炭纤维,考察了VOCs种类、VOCs浓度以及床层温度对活性炭纤维吸附VOCs性能的影响,并采用电致热脱附技术进行再生研究.结果表明,甲苯浓度对吸附推动力影响较大,在高浓度下,可使吸附容量达到434.8mg/g.活性炭纤维吸附甲苯受温度影响较小,在60℃下仍然具有288.6mg/g的吸附容量.电致热脱附电压越大,活性炭纤维升温速率越快,脱附效率越高,经过100min即可完全脱附.经过4次吸脱附循环,活性炭纤维仍有较好的吸附效果,饱和吸附量能达到原有吸附量的80%以上.     

吸附VOCs活性炭真空热再生及影响因素实验

活性炭的再生及循环利用对降低吸附法治理含VOCs废气的成本、减少危废产生量具有重要意义。采用真空热再生法对吸附乙酸乙酯的活性炭进行了再生实验,考察不同再生温度及保温时间对活性炭再生效果的影响及真空热再生法对活性炭的循环再生性能。结果表明:活性炭的损失率随再生温度升高而增大,并且当再生温度<200 ℃时,活性炭损失率最大仅0.7%;在最佳实验条件(200 ℃并保温30 min)下,乙酸乙酯脱附率达到93.8%,再生后活性炭的平衡吸附量为108.1 mg/g。比表面积及孔径分布显示,200 ℃以下的真空热再生对活性炭结构几乎无影响;300,400,500 ℃下真空热再生后活性炭的比表面积较新活性炭分别增加22,19,42 m2/g。在最佳再生条件下循环再生6次后,活性炭对乙酸乙酯的平衡吸附量达到新活性炭的97%,表明真空热再生法对活性炭具有良好的再生性能。     

蜂窝状活性炭对VOCs的吸-脱附性能研究

蜂窝状活性炭适于处理大风量、低浓度有机废气,通过建立动态吸-脱附实验装置,系统研究了不同吸附质、入口甲苯浓度、空床气速、脱附温度等参数对其吸-脱附性能的影响.结果表明,在规定出口甲苯浓度时,降低入口甲苯浓度,蜂窝状活性炭可持续吸附时间增加,吸附效率提高;在工程应用吸附过程中,空床气速推荐取1.2～1.8 m·s-1.在脱附过程中,出口甲苯浓度均出现峰值,随着脱附温度升高,曲线波动越大,工程应用中推荐脱附温度90℃;脱附空床气速对出口甲苯浓度峰值有影响,推荐取0.2～0.4 m·s-1.     

蜂窝活性炭与沸石分子筛对涂装VOCs废气的吸脱附性能对比

选取工业涂装VOCs废气作为试验对象,以蜂窝活性炭和沸石分子筛为吸附剂,设计固定床小试装置进行VOCs吸脱附试验。结果表明：蜂窝活性炭的碘值、比表面积、总孔容及微孔孔容均大于沸石分子筛,分别是沸石分子筛的1.79,2.93,1.55,2.02倍;相同脱附温度、进气风速条件下,VOCs从蜂窝活性炭表面脱附更容易,其脱附时间远低于沸石分子筛;相同反应条件下,蜂窝活性炭对VOCs的饱和吸附量明显高于沸石分子筛,但沸石分子筛的饱和吸附量受反应温度和VOCs浓度的影响相对较小;循环吸脱附10次后,蜂窝活性炭和沸石分子筛对VOCs的吸附率分别下降为第1次时的71.35%和81.15%,沸石分子筛的吸脱附性能更为稳定;蜂窝活性炭饱和吸附量大、脱附时间快,适用于宽负荷、低风量、中高浓度VOCs废气处理;沸石分子筛空气动力学及循环吸脱附性能较好,适用于处理初始温度相对较高、中低浓度VOCs废气。     

水雾协同微波脱附再生树脂吸附剂

以溶剂热法合成的聚二乙烯苯（PDVB）树脂为吸附剂,苯、甲苯、二氯甲烷为典型的非极性吸附质,对比单一微波和超声雾化水协同微波条件下树脂的脱附再生效果,考察微波功率、水雾量、吸附质种类等对树脂脱附效果的影响.结果表明,PDVB 树脂在单一微波作用下对非极性有机分子的脱附率约为50%,而在超声雾化水协同作用下,PDVB 对苯、甲苯、二氯甲烷的脱附率均可达到90%以上.同时脱附床层的温度始终保持在40℃以下,不会造成树脂高温老化,多次吸附/脱附循环再生后,树脂结构仍能保持稳定,表明在微波条件下引入超声雾化水可强化体系的微波吸收能力,实现树脂吸附剂的快速脱附再生.     

载硫活性炭脱除天然气中单质汞的研究

在固定床反应装置上考察了商业载硫活性炭脱除天然气中气态Hg⁰的吸附性能、影响因素、再生方法以及吸附动力学,同时结合BET,FTIR,XRD等表征手段提出载硫活性炭脱汞机理.结果表明,空速对脱汞效率限制作用有限,空速从12000 h^-1提高至48000 h^-1,脱除率变化范围在7%以内.增加汞浓度在初始阶段可以提高其脱汞率,增加单位质量活性炭对汞的吸附量,提高温度会增加吸附体系内的活化分子,提高脱汞率,温度在80℃时效果最优,但是温度过高则会产生负面效应.不同阶段的动力学拟合结果表明化学吸附是整个吸附过程的控制步骤.热脱附实验表明载硫活性炭的脱汞温度是在300~450℃,再生后对汞的吸附能力减弱,其原因可归为再生过程中碳硫键的损失和活性炭二次碳化时表面的烧蚀.     

木质活性炭对苯的吸附/脱附性能研究

该文对3种市售的木质室内空气净化用活性炭进行苯的静态吸附/脱附性能研究。主要考察了活性炭的孔结构、表面官能团以及活性炭的粒度对苯静态吸附性能的影响,以及温度对苯脱附的影响。研究表明:3种活性炭的表面官能团基本相同,对它们苯吸附量差异的影响较小;比表面积相当,微孔率越大的活性炭对苯的吸附量越大;颗粒活性炭经一次研磨筛分后,在同等吸附条件下,粒度越小的活性炭对苯的吸附量越大;吸附平衡的活性炭应在70℃以上进行脱附,脱附时间至少60 min。     

超声场中活性炭上Zn2+的吸附/脱附

采用静态条件,考察了超声波对活性炭上Zn2+吸附/脱附性能的影响.结果表明,有/无超声作用下,活性炭对Zn2+的吸附率均随Zn2+初始浓度的增加而减少,该吸附过程属于优惠吸附, Langmuir模型能更好描述该过程,超声的引入对活性炭吸附Zn2+有一定抑制作用.脱附研究发现,在蒸馏水介质中,Zn2+脱附率仅为2.11%,加入超声后Zn2+的脱附率提高至20.8%,添加NaOH后脱附率明显增加,有/无超声作用下的脱附率分别为40.1%和33.1%.动力学分析表明,Zn2+在活性炭上的吸附/脱附均符合2级反应动力学.     

高分子树脂与介孔分子筛吸附-脱附VOCs性能对比

采用溶剂热法制备介孔聚二乙烯基苯(PDVB)树脂,并以介孔分子筛MCM-41、SBA-15为参照,从吸附-脱附甲苯、邻二甲苯、均三甲苯性能和高湿度下的疏水性能方面对其进行对比研究.结果表明,PDVB具有最大的比表面积1219.1m2/g,其对低浓度甲苯吸附量约为介孔分子筛的2倍,同时吸附性能几乎不受水汽影响.随着VOCs分子尺寸增加,3种吸附剂对VOCs的饱和吸附量均有所增加,但PDVB的穿透吸附量明显高于分子筛.热重分析表明,在200℃以下3种吸附剂上吸附的有机分子均能脱附完全,具有优良的脱附再生性能.     

2种改性活性炭对甲苯吸附性能的对比研究

利用微波、电炉加热对活性炭进行改性,并测定了改性前后不同种类活性炭对甲苯的吸附性能、表面酸碱官能团含量以及比表面积.结果表明,对于微波改性,随着改性温度升高,活性炭对甲苯的吸附量逐渐增大,表面碱性官能团含量也相应增加,比表面积相应减小.改性温度850℃时活性炭吸附甲苯性能最高,650℃与450℃改性后活性炭吸附甲苯的性能相差不大.电加热改性也具有类似的趋势,但对甲苯的吸附性能总体低于微波改性.扫描电镜表征显示,热改性去除了活性炭孔道内的杂质,使活性炭内部孔道更加通畅,有利于提高吸附甲苯的能力,但温度升高同样存在炭骨架收缩,孔道变窄的弊端.微波加热和电炉加热在原理和热传递方向上的不同.是导致改性结果之间差别的关键问题.     

疏水改性ZSM-5的优化制备及其在高湿度下的VOCs吸附性能研究

针对分子筛在高湿度条件下VOCs吸附容量急剧下降的问题,通过优化液相沉积法合成了疏水改性的ZSM-5分子筛.实验选用更加经济环保的乙醇替代甲苯作为改性溶剂,并对两种溶剂的改性效果进行比较,优选出最佳改性条件制备疏水改性ZSM-5,考察了该吸附剂对模拟高湿度有机废气的吸附性能,并采用了SEM、XRD、FTIR、氮气吸脱附、水接触角等方法进行表征.结果表明,作为分散剂,相较于甲苯,无水乙醇更能显著提高分子筛疏水性.在最佳改性条件下,无水乙醇改性的ZSM-5-E₀在90%相对湿度下对甲苯的饱和吸附量可达81.9 mg·g^-1,远高于原样,是甲苯改性的ZSM-5-T₀的3倍,循环吸脱附4次后的吸附容量仍在90%以上,对甲苯的吸附符合Langmuir等温吸附模型.实验证明,无水乙醇改性的ZSM-5-E₀有优异的VOCs吸脱附性能,具有应用前景.     

水热炭化对吸附处理染料废水产生的废活性炭的再生效果

为实现废粉末活性炭的循环利用,采用水热炭化对吸附处理染料废水产生的废粉末活性炭进行再生,考察了水热炭化再生温度、再生时间、初始pH和再生次数等因素对废粉末活性炭再生效果的影响.结果表明:将320℃的水热条件下反应8 h得到的再生粉末活性炭用于吸附处理染料废水,色度去除率在95%左右,废粉末活性炭再生率可超过60%,且酸性条件下更有利于活性炭再生.经过5次吸附再生循环,废粉末活性炭再生率为55.54%,再生率仅下降6.06%.红外光谱分析结果表明,新粉末活性炭、废粉末活性炭和再生粉末活性炭的官能团种类基本一致;表面官能团Boehm滴定测定结果显示,再生粉末活性炭表面碱性基团含量降低、酸性基团含量增加.由于升温改变了废粉末活性炭的吸附平衡,有机物从其表面脱附,部分有机物在再生液中降解;此外,废粉末活性炭表面不易挥发和脱附的有机物在高温高压下炭化所得的产物能进一步吸附有机物,因此导致了废粉末活性炭的再生.研究显示,水热炭化对废粉末活性炭有较好的再生效果,具有实际应用价值.      

油气回收吸附材料性能研究

利用自主搭建的测试系统对活性炭进行了性能测试,重点研究了在一定吸附条件下,活性炭吸附量、床层吸附热以及出口浓度的变化规律;解吸过程中真空度和吹扫工艺对脱附效果的影响。试验结果表明:活性炭存在穿透曲线,当达到饱和状态时,吸附能力迅速下降;第一次吸附过程中活性炭床层温升非常大,床层温度随传质区的移动而变化,并且趋势基本上一致;多次吸附后活性炭的吸附能力大幅度降低并保持相对稳定的吸附量;活性炭在不同真空度下的脱附效果明显,真空度越低,脱附量越大。脱附末端添加的空气吹扫工艺有利于活性炭的脱附。     

超临界态二氧化碳再生活性炭法治理甲苯废气

制鞋业产生的含甲苯、苯和二甲苯废气的治理大多采用活性炭吸附法。该课题提出以压缩二氧化碳为脱附剂,采用超临界流体萃取技术再生活性炭及回收甲苯工艺。实验表明,以液态或超临界态的压缩二氧化碳作萃取剂,采用萃取法可完全再生活性炭,其采用液态优于超临界态;压缩二氧化碳对活性炭具有扩孔作用,可增加活性炭的吸附容量,多次再生的活性炭吸附容量几乎不变;萃取剂的用量和密度显著影响着活性炭的再生效率;活性炭捆包填充在脱附塔中,不会显著增加脱附的阻力。      

低温脱氯技术处理含氯有机挥发性气体研究及示范工程

活性炭吸附二恶英技术是减少烟气二恶英排放的有效方法,在实际应用中90%以上的二恶英会被吸附于活性炭上,然而附集了二恶英的活性炭若不进行无害化处理会造成二次污染,低温脱氯法被认为是二恶英无害化处理的首选。以氯苯作为二恶英的模拟物,通过小试研究,探讨活性炭对氯苯的吸附量,以及温度对氯苯降解效率(DE)的影响,并寻找出最适合条件,开展中试工程研究。小试结果表明:在100℃下每克活性炭可吸附139 mg的氯苯,于降解氯苯部分发现,活性炭吸附的氯苯在高温的氮气气氛下会发生降解。当温度为340℃,反应4 h,DE可达62%,在400℃反应4 h后DE可达94%。采用活性炭对二恶英降解开展示范工程研究,中试采用连续式进料设备,处理能力达20 t/h,停留时间为2 h,在430℃反应后对活性炭中的二恶英降解率可达97%以上,表明二恶英有效分解,中试工程的成功为我国钢铁行业二恶英排放的控制提供技术支持。     

两种介孔分子筛动态吸附VOCs的研究

采用模板剂法制备了孔道规整、大比表面积的2种介孔分子筛MCM-41和SBA-15,并以甲苯、二甲苯、三甲苯为吸附对象,考察了介孔分子筛动态吸附VOCs的性能.结果表明,增加VOCs分子尺寸和浓度,降低床层温度可大幅提高介孔分子筛吸附性能.SBA-15由于介孔壁上的微孔结构适合吸附低浓度、小分子VOCs;MCM-41更适合吸附高浓度、大分子VOCs.TPD脱附试验表明,VOCs在介孔材料表面150℃下就能基本脱附完全.     

ZSM-5沸石分子筛吸附-脱附VOCs的性能研究

以不同Si/Al比的ZSM-5分子筛为吸附剂,考察了硅铝比对其疏水性和吸附性能的影响.结果表明,随着Si/Al比的增加,其微孔孔体积和微孔表面积变大,当Si/Al100时,ZSM-5分子筛均具有良好的疏水性和对甲苯的选择性吸附能力,但脱附温度随之升高.同时,以4类VOCs(醇类、酯类、烃类、酮类)为吸附质,研究了ZSM-5分子筛吸附-脱附不同VOCs的性能.发现ZSM-5分子筛由于具有丰富的微孔结构更适合吸附小分子VOCs,对于同类VOCs分子,随着碳数的增加,分子大小和极性均增大,其与分子筛的作用力越强,热脱附温度越高,但VOCs在ZSM-5分子筛表面300℃左右就能脱附完全.     

微波改性活性炭对苯酚的吸附性能研究

采用N2低温吸附/脱附、Boehm滴定对活性炭的孔结构和表面含氧官能团进行表征,研究微波热处理对活性炭的吸附性能的影响。用Langmuir和Freundlich吸附等温模型对活性炭的吸附性能进行评价,比较了溶液pH和吸附温度对改性前后活性炭的吸附能力影响,运用准一次方动力学模型和准二次方动力学模型对2种活性炭的吸附动力学进行研究。结果表明:微波热处理改性活性炭可提高活性炭对苯酚的吸附性能。     

化学活化的湿法制备污泥活性炭及应用研究

以城市污水厂剩余污泥为原料,ZnCl₂作活化剂,研究脱水污泥转化成活性炭过程中活化方式、活化剂浓度、活化温度和活化时间等因素对污泥活性炭吸附性能的影响;利用正交试验获得最佳制备方案,采用热重分析仪研究活化机理,并将其应用于甲苯废气的吸附试验。结果表明:浸渍质量比5:5、活化温度550℃、活化时间40 min为最佳制备条件:湿污泥活化法制备的污泥活性炭,性能优于干污泥活化法;在甲苯浓度2 300mg/m³、气体线速9.55 cm/s、装填高度4 cm时,添加3%的锯末或5%的椰粉吸附性能更好。