活性炭在VOCs治理中的应用

VOCs治理的必要性：挥发性有机废气(以下简称VOCs)是一种有害气体，会污染空气，影响人类的健康，主要成分包括：硫烃、含氧烃、氮烃、卤代烃、烃类等多环芳香烃，由于它们的性质相似，它们很容易混合在一起，在人们的呼吸中，进入人体，对人的器官造成伤害。因此，必须对挥发性有机废气进行治理，严格控制工业排放量。

1活性炭吸附法治理VOCs的工艺

活性炭吸附法是当前最常用的VOCs治理工艺，通常有变压吸附(pressure swingadsorption，PSA)、变温吸附(thermal swing adsorption，TSA)，两者联用的变温- 变压吸附(thermal pressure swing adsorption，TPSA)和变电吸附(electric swing adsorption，ESA)等技术，在印刷、电子、化工、食品等多个行业均有应用。

2活性炭吸附VOCs的影响因素

本文所指吸附是指当气体与多孔固体材料接触时，气体物质中某一物质或多种物质在固体材料的内、外表面处产生积蓄的现象。多孔固体材料称为吸附剂，被吸附积蓄的物质称为吸附质。常用的吸附剂有：活性炭、活性硅胶、氧化铝等。气体混合物能否通过吸附分离成功，主要取决于吸附剂对吸附质的吸附效果，因此吸附剂的选择是确定吸附操作的首要问题。

活性炭作为目前最常用的VOCs吸附剂，主要有以下特点。

(1) 活性炭具有孔径分布广泛、孔隙率高和比表面积大的优点。

(2)活性炭的机械性能高、化学性质稳定，能在较大的pH 范围内使用。

(3)活性炭具有一定的催化活性。

(4) 活性炭的疏水性使其对挥发性有机化合物有极强的吸附性，并且能在较大的湿度下依然保持较强吸附性能。

2.1活性炭孔隙分布对VOCs 吸附效果的分析

活性炭不同孔径的孔隙具有完全不同的吸附机理。其中微孔(<2nm)吸附基本符合微孔填充理论，即固体吸附剂表面存在位势场，邻近的VOCs 分子在场的作用下吸附在吸附剂表面;过渡孔(2nm 至100nm)吸附时除单分子层和多分子层吸附外，更主要的是通过毛细凝聚机理产生容积填充吸附;大孔(>100nm)吸附主要是多分子层吸附，符合BET 理论。此外，活性炭的孔径要和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况下，活性炭孔径的分布越均匀、孔的形状越规则，则活性炭吸附效果越好。

2.2活性炭活化方式对VOCs吸附效果的分析

活性炭的活化按活化方式可分为物理活化和化学活化。其中物理活化是利用活性气体在较高温度下对活性炭进行弱氧化，常用水蒸气或CO2来活化活性炭。化学活化法是在一定温度下将活性炭浸渍在化学药品中对其表面进行改性，常用硝酸及其盐类。

2.3对不同初始浓度VOCs吸附效果的分析

VOCs浓度对活性炭吸附效果有显著影响。一般情况下，VOCs初始浓度越大，其对活性炭的穿透时间和饱和时间越短。活性炭对高浓度VOCs 吸附的过程属于物理吸附，基本不用考虑化学吸附的影响，吸附效果主要取决于活性炭孔径的大小和数量;而对于低浓度VOCs 吸附的过程属于化学吸附，吸附效果主要取决于VOCs的化学性质。

2.4对不同分子量和极性VOCs吸附效果的分析

VOCs的分子量和极性对活性炭吸附效果有很大影响。一般情况下，若VOCs结构类似，其相对分子质量越大，则被吸附得越多;对分子质量和结构都相近的VOCs，则是不饱和性越大越易被吸附。

2.5不同组分VOCs吸附效果的分析

VOCs的组分不同，活性炭吸附的效果不同。因为VOCs各组分的吸附亲和力不同，在被活性炭吸附时会产生竞争效应。VOCs各组分在活性炭表面的吸附过程是一个吸附和解离的动态平衡过程，吸附能力强的VOCs组分先达到动态平衡，吸附能力弱的VOCs组分后达到平衡。

3其他挥发性有机废气(VOCs)治理技术

3.1直接燃烧法

直接燃烧法，就是使VOCs直接燃烧，其方法就是将VOCs直接通人到焚烧炉中，就可以使VOCs在高温中燃烧。如果VOCs的浓度高，它们在炉中就可以很好的燃烧，生成CO2和H2O，当VOCs浓度低时，此时的燃烧由于不充分，就需要采取一定的措施，如加入辅助燃料，也会使VOCs燃烧完全，最终使VOCs完全生成CO2和H2O，这些CO2和H2O就可以排人空气。

3.2催化燃烧法

催化燃烧法是在反应系统加入某种催化剂，在催化剂的作用下，使VOCs能够完全反应，生成CO2和H2O，然后将它们排人到空气中的方法。这种催化剂的作用机理，主要是可以降低VOCs的燃点。

3.3生物法

生物过滤法处理VOCs，这种有机废气，主要是工业生产、市政污水、污泥处理的主要来源。为了治理恶臭气体，提出了生物过滤法这种技术，近年来，随着科学的发展，发现这种处理方法对处理VOCs也有较好的效果。

3.4吸附法

吸附法是利用具有微孔结构的吸附剂，它的方法是利用这种吸附剂，可以将空气中的吸附质吸附在吸附剂的表面上，通过吸附剂的吸附将有机物从主体中分离，这样就可以进行有效的VOCs治理。