有機(jī)廢氣凈化之活性炭纖維吸附回收技術(shù)

　　近年來(lái)，大氣污染防治引起各界關(guān)注，本文將主要介紹有機(jī)廢氣凈化領(lǐng)域活性炭纖維吸附回收技術(shù)，內(nèi)容如下：

 　　一、吸附原理

　　吸附劑具有高度發(fā)達(dá)的孔隙構(gòu)造，其中有一種被叫做毛細(xì)管的小孔，毛細(xì)管具有很強(qiáng)的吸附能力，同樣發(fā)達(dá)的孔隙構(gòu)造也意味著吸附劑有著很大的表面積，使氣體(雜質(zhì))能與毛細(xì)管充分接觸，從而被毛細(xì)管吸附。當(dāng)一個(gè)分子被毛細(xì)管吸附后，由于分子之間存在相互吸引力的原因，會(huì)導(dǎo)致更多的分子不斷被吸引，直到添滿毛細(xì)管為止。

　　必須指出的是，不是所有的微孔都能吸附有害氣體，這些被吸附的雜質(zhì)的分子直徑必須是要小于活性炭的孔徑，即只有當(dāng)孔隙結(jié)構(gòu)略大于有害氣體分子的直徑，能夠讓有害氣體分子完全進(jìn)入的情況下才能保證雜質(zhì)被吸附到孔徑中，過大或過小都不行。所以需要通過不斷地改變?cè)牧虾突罨瘲l件來(lái)創(chuàng)造具有不同的孔徑結(jié)構(gòu)的吸附劑，從而適用于各種雜質(zhì)吸附的應(yīng)用。

　　吸附劑在活化過程中，巨大的表面積和復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)逐漸形成，吸附劑的孔隙的半徑大小可分為：大孔半徑>20000nm;過渡孔半徑150～20000nm;微孔半徑<150nm。

　　二、吸附劑

　　活性炭是一種含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料，是一種常見的吸附劑、催化劑或催化劑載體。

　　活性碳分為粒狀活性碳、粉末活性碳及活性碳纖維，但是由于粉末活性碳有二次污染且不能再生而被限制利用。

　　粒狀活性碳(GAC-granular activated carbon)一般為直徑在0.42 -0.85毫米之間的圓柱狀顆粒，理論上講粒狀活性炭產(chǎn)品顆粒越小，接觸空氣面積就越大，比表面積也越大，吸附性能就越好，但是顆粒越小，粉碎制作過程中損耗也越大，粉塵也越多，成本也就越高，所以很多廠家為降低成本，使用大顆?；钚蕴浚阅墚?dāng)然不好，一般顆粒大小在0.5毫米左右的活性炭既達(dá)到了最佳性能，又確保不是粉末，沒有污染。GAC的孔結(jié)構(gòu)一般是具有三分散態(tài)的孔分布，既具有按IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)分類的孔徑大于50nm的大孔，也有2.0～50nm的中孔(過渡孔)和小于2.0nm的微孔。但是由于GAC的孔狀結(jié)構(gòu)、孔徑分布等原因，它的吸附速度較慢，分離率不高，特別是它的物理形態(tài)使其在應(yīng)用和操作上的有諸多不便，GAC的應(yīng)用范圍收到了限制。

　　活性碳纖維(ACF)是繼粉狀與粒狀活性碳之后的第三代活性碳產(chǎn)品。70年代發(fā)展起來(lái)的活性碳纖維是隨著碳纖維工業(yè)發(fā)展起來(lái)的一種新型、高效的吸附劑。其最顯著的特點(diǎn)是具有發(fā)達(dá)的比表面積(1000?/g~3000?/g)和豐富的微孔，微孔的體積占總孔體積的90%以上，微孔直徑約10Angstrom(1 Angstrom =1×10-10m)左右，故其有很強(qiáng)的吸附能力。

　　與傳統(tǒng)的粒狀活性碳(GAC)相比，ACF具有以下特點(diǎn)：

　　1、ACF與GAC的孔結(jié)構(gòu)有很大的差異，如圖1和圖2所示。ACF的孔分布基本上呈單分散態(tài)，主要由小于2.0nm的微孔組成，且孔口直接開口在纖維表面，其吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑短，纖維直徑細(xì)，故與被吸附物質(zhì)的接觸面積大，增加了吸附幾率，且可均勻接觸。

　　2、比表面積大，最大可達(dá)2500?/g，約是GAC的10~100倍;吸附容量大，約是GAC的1.5~100倍;吸附能力為GAC的400倍以上;吸附、脫附速度快，ACF對(duì)氣體的吸附數(shù)10秒至數(shù)分鐘可達(dá)平衡。

　　3、孔徑分布范圍窄，絕大多數(shù)孔徑在100 Angstrom(1 Angstrom =1×10-10m)以下，GAC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有微孔、過渡孔和大孔之分，而ACF的結(jié)構(gòu)只有微孔及少量的過渡孔，沒有大孔，并且孔徑均勻，分布比較狹窄，為0.1~1nm，這是ACF吸附選擇性較好的原因。

　　4、ACF不僅對(duì)高濃度吸附質(zhì)的吸附能力明顯，對(duì)低濃度吸附質(zhì)的吸附能力也特別優(yōu)異，如當(dāng)甲苯氣體含量低到10ppm(1ppm=1×10-6，即百萬(wàn)分之一，以下同)以下時(shí)，ACF還能對(duì)其吸附，而GAC必須高于100ppm時(shí)方能吸附;

　　5、耐熱、耐酸堿;具有很強(qiáng)的氧化還原特性，可將高價(jià)金屬離子還原為低價(jià)態(tài);

　　6、體積密度小，濾阻小，約是GAC的1/3?？晌秸扯容^大的液體物質(zhì)，且動(dòng)力損耗小。

　　而且ACF易再生，工藝靈活性大(可制成紗、布、氈或紙等多種制品);以及不易粉化和沉降等特征，這些特征有利于吸附和脫附，使得ACF對(duì)各種有機(jī)化合物具有較大的吸附量和較快的吸、脫附速度。