活性炭纤维在废气处理中的应用

活性炭纤维在废气处理中的应用

范邈俏

广州市怡地环保有限公司510030

摘要：活性炭纤维直径为5-20μm，是在粉末活性炭和粒状活性炭之后的第三种类型的活性吸附材料，和前两种类型的相比，具有较大的吸附容量，吸附速度和脱附的速度较快，再生方便，不会引起灰化或者粉化含量较低的优良性能，具有较好的加工性能。本文从分析活性炭纤维在废气处理中的作用出发，突出活性炭纤维装置技术在废气处理的优越性，在此基础上阐论活性炭纤维在废气处理中的应用。

关键词：活性炭纤维；废气处理；环境保护

活性炭纤维（ActivatedCarbonFiber，ACF），亦称纤维状活性炭，是20世纪60年代继粉末状、粒状活性炭之后发展起来的第三代高效活性吸附材料和环保工程材料，其超过50%的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。它是由纤维状前躯体经过碳化、活化制成。活性炭纤维是由C，H，O三种元素组成的，主要成分是碳.碳原子以类似石墨微晶片层形式存在，约占总数的60%，含氧官能团如羟基、醚基约占25%，羰基、羧基、酯基约占10%，此外还有其它形式的官能团以及金属等。活性碳纤维的基本性能取决于其前驱体的物理和化学性质，而它在各个领域中的应用又是由其基本性能决定的。与传统炭吸附材料相比，ACF具有独特的化学结构和物理结构，因而它具有含碳量高、比表面积大、微孔丰富且分布窄，吸附速度快，吸附容量大，再生容易等后者不可比拟的优异吸附脱附性能。活性炭纤维的比表面积一般可达1000～1600m2/g，微孔体积占总体积90%左右，其微孔直径为10μm～40μm。

1活性炭纤维在废气处理中的作用

1.1活性炭纤维分离污染物

有机挥发性气体（VOC）包括氧烃、氮烃以及芳香族化合物等沸点较低的有机化合物气体。目前空气中的该类污染物主要来源于化工企业以及石油工业等。有机挥发性气体对自然环境和人体健康有着较大的危害，在排放到环境中之前需要进行废气处理。而活性炭纤维吸附法是处理该类废气的主要方法之一。活性炭纤维孔隙率高，且可通过对活化剂的浓度的调整和控制，使其吸附效果达到最佳。

Fuertes等展开了以酚醛树脂炭化形成的活性炭纤维对丁烷的吸附能力的研究。实验表明，在丁烷具有较高浓度的情况下，活性炭纤维的吸附容量主要受材料的孔容积影响，而当浓度足够低时，活性炭纤维的粒度和比容也会在一定程度上影响其吸附容量。DebasuahDas等研究了在不同条件下的活性炭纤维吸附有机挥发性气体的能力，并与硅胶、GAC等其他吸附剂进行了横向比较，通过理论分析和实验验证，成功建立了活性炭纤维对VOC吸附性能的数学模型。李左江等对活性炭纤维吸附有机溶剂蒸汽性能进行了研究，并用改进的Yoon-Nelson曲线对其吸附规律进行了描述。根据其研究成果，活性炭纤维的高传质系数使其具备了更快的吸附速度。而刘军等研究了气态三氯乙烯在活性炭纤维层的穿透特性，实验表明活性炭纤维较大的比表面积使得其吸附能力大幅增长，而温度升高或湿度增大都会降低活性炭纤维的吸附能力。

1.2去除氧硫化物及氮氧化物

活性炭纤维也可应用于去除废气中的氧硫化物及氮氧化物等无机小分子气体，但通常需要对ACF进行表面改性以提高其吸附性能。

活性炭纤维吸附SO2以后，纤维表面的含氧基团还具有催化氧化活性，在有O2与H2O存在的条件下，可以将吸附的SO2转化成SO3，并以H2SO4的形式脱除，因此，与其他吸附剂相比，ACF具有更好的脱硫效果。Mangun等使用氨活化ACF用于吸附SO2，并与未经氨处理的ACF吸附效果进行了对比，数据表明：表面活性基团的存在可以改变ACF的孔径、孔容积及微孔内部的表面化学性质，并影响到ACF对SO2的吸附能力和催化效果。Raymundo等的研究表明：ACF表面的含氧基团性质直接关系到SO2转化成SO3的效果，而SO2的吸附量与催化性能不存在线性关系，ACF表面的微孔直径在7×1010m左右时，具有最佳的催化氧化活性。中科院山西煤炭化学研究所李开喜等以沥青基碳纤维为原料，采用水和氨混合物活化制得PACF（NH3），考察了在O2和H2O存在下PACF（NH3）脱除SO2的能力及情性气氛中高温热处理对其脱硫活性的影响，结果表明高温处理可以增强PACF（NH3）对SO2和O2的吸附效果，加速SO2的氧化反应。

Cheol-MinYang等使用PAN基ACF用于吸附NO，研究结果表明：NO吸附容量随着ACF表面的含氮涂层量增加而提高，高温处理（1273K）也可以显著改善其吸附性能。Soo-JinPark等使用经镍或银表面处理的活性炭纤维进行NO去除试验，与未经处理的活性炭纤维相比，经Ni或Ag表面处理后，ACF比表面积与孔容积均发生变化，NO去除效率明显提高，而且Ni或Ag在ACF表面的分散状况直接影响到这种变化。SudhakarAdapa等在不同的NO-O2浓度及不同的反应条件下对多种ACF材料进行了NO吸附和催化氧化对比实验，结果表明，在30℃的反应条件下NO具有最高的转化率，且提高氧浓度有利于催化氧化反应的进行，以酚醛树脂为原料炭化-活化制得的ACF比沥青基ACF等其他材料更适用于NO的吸附和催化氧化。

2活性炭纤维回收物料的应用

目前常用的吸附性材料较多，活性炭纤维与诸多材料相比自身具有诸多应用优势。例如活性炭纤维自身具有较大的微孔容积，可吸附容量较高，自身脱附性能较高，所以可以通过活性炭纤维对诸多废弃物料进行有效回收。通过活性炭纤维在工业物料回收中得到较为广泛的应用。通过气相色谱在线分析方法，能够对活性炭纤吸附工业尾气中二氯乙烷进行模拟，通过对实际吸附量以及保护度等基本数据信息进行分析，能够获取准确的吸附结果。再对实际吸附之后活性炭纤维通过水蒸气进行一段时间再生，然后通过烘干处理之后展开吸附测定。在正常情况下，各类相同条件重复再生三次之后与吸附饱和曲线较为接近，从理论角度分析此时活性炭现自身吸附能力不会产生较大变化。

应用活性炭纤维作为基本的吸附性材料，通过吸附法对含环乙烷废气进行吸附，在有效回收基础上进行应用，能够获取良好的运行参数，此项工艺能够在棉纶厂机械设备中进行应用，通过有效应用能够获取良好的运行数据。一般情况下工厂装置需要配置完善的吸附器，废气在有效吸附之后通过阻火器排入到空气中。活性炭经过吸附饱和之后需要采用低压蒸汽机再生。此项操作环节需要应用电脑系统进行控制，确保吸附以及解吸等诸多环节自由切换与控制。从具体运行成果中可以看出，环乙烷实际回收质量较高。不仅能够确保工业化生产废弃排放要求达标，还能节约更多资源，使得经济效益和环境效益综合发展。

此外，有的单位研制出的三氯乙烷回收装置具有良好的应用价值，此类装置自身具有连续作业能力，设置了吸附器，需要填充适量活性炭纤维。在可编程控制器应用基础上对生产环节进行自动化控制，此项操作工艺程序能够有效实现吸附槽吸附与脱附工作的开展，使得三氯乙烷实际回收率不断提升，能够使得生产成本以及基本劳动条件得到有效调整，还能降低污染情况的发生，应用效果显著。

有的企业应用的活性炭纤维有机废气吸附回收装置通过应用环式吸附芯设计，与传统活性炭吸附装置相比具有良好应用价值，设备质地较轻，体积较小。实际运行中阻力较低，温度不会升高，操作工艺较为简单，运行费用值也会降低。能够对烃类以及苯类废弃进行回收，具有较高的回收率。

3结束语

在当今社会中，活性炭纤维已经被应用于多个先进的领域中，参照国外发展情况及国内市场的需求，工业企业在制造的过程中应用活性炭纤维的开发，其会给企业创造出巨大的环境效益、社会效益和经济效益。若是在以后的发展中能够得到地方政府或者国家的大力支持，那么活性炭纤维逐渐发展将会为能源、环保带来较大的贡献，实现循环利用，为我国可持续发展做出一定的贡献。

参考文献：

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