活性炭VOC處理及回收利用

　　揮發(fā)性有機氣體(VolatileOrganicCompounds，VOCs)的去除和回收是大氣污染控制的熱點問題。活性炭吸附被廣泛應用于工業(yè)過程中VOCs去除和回收，這種方法與其他方法相比具有高效、低耗、適用低濃度范圍等優(yōu)點。VOCs的吸附處理、回收利用需要很強的選擇性，而活性炭的選擇性主要決定于其孔結(jié)構(gòu)，結(jié)合孔結(jié)構(gòu)研究活性炭吸附處理VOCs已經(jīng)成為熱點。

　　活性炭吸附能力與孔體積和比表面積有很大關(guān)系，所以就有學者通過增多活性炭的比表面積來增加活性炭的吸附性能。但是通過研究發(fā)現(xiàn)，吸附能力的提高并不是正比于孔體積和比表面積，并且吸附能力也不是無限增加的。通過研究活性炭對甲苯和正己烷混合氣體的吸附，表明孔隙的增多活性炭對VOC的吸附能力增加，但不是比例增加。隨著孔的增加，活性炭吸附甲苯時的孔體積利用率減小，而吸附正己烷時孔體積利用率增加。并且通過采用Dubinin-Radushkevich方程中微孔和吸附能的反比例關(guān)系擬合孔徑分布，可以很好的預測不同活性炭的吸附等溫線。

　　研究表明，甲醛在氧化粘膠基活性炭纖維上吸附能力的增加和吸附速率的加快主要是由于甲醛酸性羧基，對偶極相互作用和氫鍵，以及氧化粘膠基活性炭纖維比表面積的增加和總孔容的增加。為此就有學者想提出吸附能力應該與孔徑大小和吸附質(zhì)分子大小兩個方面有關(guān)系，利用三種不同前導體制作的活性炭吸附VOCs，研究溫度和孔結(jié)構(gòu)對VOCs吸附的影響。VOCs的吸附顯示，只有苯展示了活化進入效應（activatedentryeffect），這是由于苯的分子結(jié)構(gòu)不同于四氯化碳、三氯甲烷和二氯甲烷，說明吸附受活性炭孔徑響。

　　通過研究利用碳化木分子篩從含有α-蒎烯的混合物中選擇性吸附甲苯。研究表明炭化溫度在500°C–700°C時制作的碳化木只吸附甲苯，炭化溫度在800°C–1100°C時可以同時吸附甲苯和α-蒎烯。孔徑測試表明，炭化溫度為500°C–700°C只生成孔徑為0.6nm和極少中孔的活性炭，炭化溫度900°C和1100°C時生成的碳孔隙主要為中孔和孔徑大于0.8nm的微孔，甲苯扁平的分子可以透入700°C溫度下活化得到的狹窄活性炭孔隙，笨重的球狀α-蒎烯分子不能穿過直徑為0.8納米的孔。活化溫度高于900°C時，可能由于擴大了孔徑，從而降低了選擇性吸附。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低于活化溫度時炭化得到的炭化木有一個獨特扁形孔隙結(jié)構(gòu)，具有碳分子篩的功能，研究證明了上述假設。但是，既然吸附能力與孔徑大小和吸附質(zhì)分子大小有關(guān)，則可以通過找出這種關(guān)系指導制備吸附特定物質(zhì)的活性炭。

　　提高活性炭對揮發(fā)性有機氣體的處理能力，研究人員進行了其他方面的努力，如將光催化與吸附技術(shù)組合。利用活性炭的吸附能使VOC濃集到某一特定濃度環(huán)境，這樣提高光催化氧化反應速率，而且活性炭還可以吸附中間副產(chǎn)物在光催化劑的作用下參與氧化反應，活性炭的吸附表面因污染物的去除而得以再生，活性炭本身的使用周期也得以延長。有關(guān)活性炭與光催化劑的組合方式以及吸附光催化機理還不是十分清楚。如果活性炭與TiO2或?qū)iO2與活性炭混合后成型的方法，也有研究者用TiO2的前軀體與活性炭的前軀體相混合，再一起炭化、活化的方法制備復合體。不過，現(xiàn)有復合體制備方法都不同程度地使TiO2的光催化活性下降。研究相對濕度對負載TiO2活性炭纖維光催化氧化甲苯的影響，研究表明，在相對濕度為15%、30%、45%時，甲苯催化氧化速率與相對濕度呈正相關(guān)，不存在鈍化現(xiàn)象。負載TiO2活性炭纖維光催化氧化甲苯的副產(chǎn)物中包含2-甲基丙烯、對苯醌、鄰(間，對)-甲酚。TiO2活性炭纖維光催化氧化甲苯，提高相對濕度增加了苯甲醇的積累，但降低了甲醛的積累。