活性炭吸附处理挥发性有机物的研究进展与应用-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
活性炭吸附处理挥发性有机物的研究进展与应用
2020-06-23
为了推动挥发性有机物吸附技术的进步,从可行性、有效性和成本方面介绍了活性炭吸 附技术的优点和局限性,指出吸附剂类型、挥发性有机物的种类、吸附工艺影响因素等对最终处理效 果有重要影响,介绍了吸附剂协同其他方法对挥发性有机物进行处理的高效性和先进性。
Serial No. 612 April 2020 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 612期 2020 年 4 月第 4 期 活性炭吸附处理挥发性有机物的研究进展与应用 朱爱平 马鞍山市环境科学研究所) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 为了推动挥发性有机物吸附技术的进步,从可行性、有效性和成本方面介绍了活性炭吸 附技术的优点和局限性,指出吸附剂类型、挥发性有机物的种类、吸附工艺影响因素等对最终处理效 果有重要影响,介绍了吸附剂协同其他方法对挥发性有机物进行处理的高效性和先进性。 关键词ꢀ 挥发性有机物ꢀ 活性炭ꢀ 吸附ꢀ 协同处理 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2020. 04. 069 [ 2] ꢀ ꢀ 大多数挥发性有机物(VOCs) 具有毒性、致突变 王琳玲等 通过制备粘胶基活性炭纤维,对丁 酮的吸附条件和水蒸气解吸再生性能进行了研究。 结果表明,入口浓度、气体流速、活性炭质量和湿度对 活性炭纤维吸附丁酮过程都产生影响;其中较高的浓 度和相对低的流速可以提高丁酮在活性炭纤维中的 停留时间,从而提高处理效率,更高的活性炭填充量 也可以提高吸附效率。 而活性炭纤维可以通过水蒸 气解吸后经热空气吹脱,达到活性炭再生的效果。 性和致癌性,对人类健康和生态环境构成严重威胁。 近年来,随着工业的不断发展,人为排放的挥发性有 机物大幅增加。 自 1992 年以来,工业活动排放的 [ 1] VOCs 量以年均 6. 8% 的速度增长 。 1 ꢀ VOCs 的来源与控制 VOCs 主要来源于工业过程、建筑和运输等人类 活动。 研究表明,石油化工行业是 VOCs 排放的最大 工业来源,其中苯、甲苯、二甲苯、丙烯、酮类、氯化化 合物和多环芳烃是最常见的 VOC。 VOCs 引起的不 良健康影响包括皮肤刺激、发绀、抽搐、毒性、致癌性、 肾损伤、肝损伤、脑损伤和哮喘,更被认为是全球变 暖、臭氧层损耗、酸雨、气候变化和光化学烟雾形成的 主要原因。 因此控制 VOCs 的排放是环境保护的重 点之一。 [ 3] 李守信等 通过使用以 2 ~ 3 个组合型 BTP 环 式吸附器为主体的吸附回收系统对 VOCs 进行处理, 并对颗粒活性炭和活性炭纤维吸附工艺进行了对比。 结果表明,活性炭纤维吸附工艺具有更轻的装备总 重,更低的设备内部环境要求,一次性投资和运行成 本低、投资回收期短等特点。 [ 4] 梁文俊等 为考察市售活性炭材料对甲苯的吸 附能力和不同材料活性炭的再生性能,对活性炭材料 吸附甲苯及再生性能进行了研究。 结果表明,活化温 度对活性炭热稳定性有显著影响;活化温度越低,活 性炭表面官能团种类越多、含量越大,热稳定性越差; 随活化温度的升高,活性炭趋于稳定,热稳定性提高。 VOCs 可以通过各种方法处理,其中包括热氧 化、催化氧化、等离子体、光催化等,但根据实际情况, 需要对处理工艺进行比选。 工艺比选的主要参考因 素为:废气的种类,产生的浓度和排放量以及需求的 去除效率,其次根据废气的温湿度、气体属性(熔沸 点等)和工艺的经济性、稳定性作进一步分析。 [ 5] Pak W K 等 研究了活性炭和硫酸共同处理苯 和甲苯混合物的效果。 在流动固定床吸附系统中,使 用不同类型的活性炭对单一和混合的挥发性有机物 体系进行了处理。 结果表明,经过酸处理的活性炭的 微孔体积和表面有机基团增加,因而可提高单一和混 合挥发性有机物的处理效果。 2 ꢀ 活性炭吸附 VOCs 的研究进展 活性炭可以由天然材料或合成材料制成。 大部 分活性炭来源于天然资源,如生物质残渣或煤。 用于 生产活性炭的原材料因其应用而异,如水处理或气相 处理。 碳是活性炭的主要成分, 其他元素包括氢 [ 6] ( H)、氮(N)、硫(S) 和氧(O) 等,这些元素都来源于 Laskar I I 等 采用基于势理论的 Manes 方法, 描述了活性炭对 VOCs 和水蒸气的竞争性多组分吸 附情况。 结果表明,吸附剂在水蒸气和 VOCs 之间的 竞争性吸附性能影响了 VOCs 的处理效率,因此,根 据实际情况选择合适的风量以改变 VOCs 在吸附剂 中的停留时间,以及选择合适湿度十分重要。 原材料,或活化等制备过程。 对于活性炭对 VOCs 的 处理效果,国内外研究较多。 ꢀ ꢀ 朱爱平(1963—),男,所长,工程师,243011 安徽省马鞍山市湖东 中路。 2 63 总第 612 期 现代矿业 4. 2ꢀ 废气的进口温度 2020 年 4 月第 4 期 [ 7] Le Minh N 等 使用以工业废料制造的活性炭 样品对甲苯进行处理。 结果表明,废料衍生的活性炭 样品具有良好的 BET 表面积和甲苯吸附能力。 然 而,因为球磨降低了孔隙体积,球磨工艺对表面积和 吸附能力都有负面影响。 因此,活性炭的表观形状对 VOCs 的处理效果起重要作用。 活性炭吸附箱对废气的温度有一定要求,当进入 活性炭吸附箱的废气温度低于 45 ℃ 时,活性炭吸附 有最好的处理效果,过高的温度直接影响活性炭吸附 的性能。 因此,通常使用风冷降低废气入口温度。 在该涂装生产线投产后,使用活性炭吸附协同催 化氧化装置显著降低了尾气中 VOCs 的排放,检测结 果见表 1。 3 ꢀ 活性炭协同催化氧化技术处理 VOCs 在目前工艺水平条件下,活性炭吸附与催化氧化 3 表 1ꢀ 废气净化系统 VOCs 浓度测定结果 mg/ m 一体化处理工艺被认为是最具发展潜力的 VOCs 处 理方法之一。 以活性炭为吸附剂核心的吸附脱附装 置是对 VOCs 处理过程的重要部分。 活性炭具有优 秀的吸附性能,即吸附量大、性能稳定和对不同种类 VOC 都具有良好的吸附效果。 通过升温脱附可以实 现在不影响活性炭效果的条件下实现脱附再生,但因 为大多数种类的 VOC 具有易燃爆的特点,因此在升 温脱附过程中应选择合适的参数,如最高浓度应低于 爆炸下限的三分之一等。 VOCs 排放浓度 VOCs 浓度测定位置 改造工程后 改造工程前 出口排风烟囱孔 308 25 ꢀ ꢀ 由表 1 可以看出,VOCs 排放浓度的显著下降为 该涂料厂的安全生产奠定了基础的同时,相比于该涂 料厂原有除废设施,大大减少了长期投资,更有利于 该涂料厂的长期绿色健康发展。 活性炭协同催化氧 化技术是对传统去除 VOCs 技术的完善与创新,与热 氧化和 UV 光解等方法相比,具有的优点有:①对不 同种类的单一 VOC 和混合 VOCs 有较强的适应性, 且去除效率高。 ②运行稳定安全,运行成本较低。 在马鞍山某涂装生产线,因其在最初设计时环保 要求不高,喷漆车间中仅有净化棉层和通风系统,对 VOCs 的处理不够彻底,已不能达到现行排放要求。 在此生产线生产过程中,有机废气主要来源于涂 装过程中溶剂和原料的挥发,该涂料厂内的废气主要 成分为以苯系物为主要构成的挥发性有机物,还包括 涂装厂内工作环境中的粉尘。 此涂料厂内废气处理 的特点有:①制作工艺中使用的原辅材料不同,产生 的废气成分也各有差异;②废气中含有较多树脂漆颗 粒物,不易稀释;③有机废气挥发性较强,需根据现场 情况确定设备尺寸。 5ꢀ 结ꢀ 论 本工程采用活性炭协同催化氧化技术对 VOCs 进行处理,净化效率达到 91. 89% ,远高于热氧化和 UV 光解等工艺,适用于处理单种或混合中低浓度的 挥发性有机物,在有机废气处理领域实际应用前景广 阔。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ ZHANG X,GAO B,CREAMER A E,et al. Adsorption of VOCs onto engineered carbon materials:A review[J]. Journal of Hazardous Ma- terials,2017,338:102-123. 通过对现场工作区域生产情况的分析比对,处理 装置由过滤装置、活性炭吸附箱和催化氧化装置组 成。 前端为二级过滤装置,其中一级过滤为漆雾过滤 器,二级过滤为过滤棉。 经过过滤,VOCs 进入由活 性炭组成的吸附箱,进行 VOCs 吸附处理。 当设备使 用一段时间后,活性炭快达到饱和时停止吸附操作, 用热气流将有机物从活性炭上脱附下来,使活性炭再 生。 脱附下来的有机物送入催化氧化室进行反应,最 后将 VOCs 转化成二氧化碳、水和小分子有机物排 出。 [ [ [ [ 2]ꢀ 王琳玲,周海燕,蒋ꢀ 伟,等. 活性炭纤维对丁酮废气的吸附和 再生性能研究[J]. 环境工程,2014(12):65-68. 3] ꢀ 李守信,金ꢀ 平,张文智,等. 采用活性炭纤维吸附装置回收 VOC 的优点分析[J]. 化工环保,2004(S1):274-276. 4]ꢀ 梁文俊,张依铭,任思达,等. 活性炭材料对汽修喷漆废气所含 甲苯吸附性能的研究[J]. 环境工程,2019(S):100-102. 5]ꢀ PAK S H,JEON M J,JEON Y W. Study of sulfuric acid treatment of activated carbon used to enhance mixed VOC removal[J]. Interna- tional Biodeterioration & Biodegradation,2016,113:195-200. 6]ꢀ LASKAR I I,HASHISHO Z,PHILLIPS J H,et al. Competitive ad- sorption equilibrium modeling of volatile organic compound (VOC) and water vapor onto activated carbon[ J]. Separation and Purifica- tion Technology,2019,212:632-640. [ 4 ꢀ 活性炭协同催化氧化处理 VOCs 的影响因 素与解决方案 . 1ꢀ VOCs 废气中包含的颗粒物浓度 4 活性炭吸附箱对废气的预处理有较高的要求,只 [7] ꢀ LE MINH N,SIVRET E C,SHAMMAY A,et al. Factors affecting the adsorption of gaseous environmental odors by activated carbon: A critical review[ J]. Critical Reviews in Environmental Science and Technology,2018(4):341-375. 有确认进入吸附箱中的废气颗粒物浓度几乎为零,才 能保证活性炭对 VOCs 的吸附效果。 现场工作设施 产生的大量废气包含较多漆雾颗粒物,因此,采用漆 雾过滤器和过滤棉进行预处理。 ( 收稿日期 2020-03-10) 2 64
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号