活性炭吸附缓冲非稳态VOCs研究分析

活性炭吸附缓冲非稳态 VOCs研究分析

高鲁宁

淄博诺奥化工有限公司 山东 淄博 255400

摘要：活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的作用主要在处理工业废气中运用，活性炭的吸附性能够有效控制非稳态VOCs的浓度波动，进而降低废气污染。本文通过分析活性炭吸附缓冲的作用原理，进一步分析了活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的研究。

关键词：非稳态VOCs；废气处理；活性炭吸附

引言：当前，化工企业的快速发展产生了大量工业废气，而非稳态VOCs则是指工业废气中的挥发性有机物，这类有机物进入到环境中会造为严重的污染问题，基于此，本文对活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的作用进行了简单研究。

1.活性炭吸附缓冲的作用原理

活性炭的吸附缓冲属于一种物理吸附功能，对于非稳态VOCs的吸附工作而言，物理吸附要比化学吸附更为适用。而这种物理吸附的原理是，一些有机物质通过吸附力直接吸附到吸附剂的孔道中或表面，该项吸附过程还具有可逆性，因而吸附剂可以在失去活性后通过逆吸附来重新获得活性，反复发挥吸附作用，具有多次利用的效果。当前在处理工业废气非稳态VOCs时，所使用的活性炭基本为颗粒状活性炭，可有效吸附气体中的污染物，活性炭吸附缓冲作用按照性质的不同还可以分为主动型与被动型两种类型^[1]。

2.活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的研究

2.1影响活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的物质因素

2.1.1吸附剂因素

活性炭在吸附缓冲非稳态VOCs时，其吸附性会受到很多方面的影响，首先就是吸附剂本身的影响，吸附剂表面的孔径以及比表面积是主要影响吸附缓冲作用的因素，有学者为了研究吸附剂因素的影响，选择了四种类型的活性炭，对三种不同VOCs进行吸附，分析其作用效果，这四种活性炭的性质存在着较大差异，其中编号为1和4的活性炭的比表面积较大，这两种活性炭的比表面积均大于每克1000平方米，但两者的表面孔径不同，在1号活性炭中，其大孔和中孔所占据的比例较高，而在4号活性炭中，则是小孔所占比例高，其中编号为3的活性炭比表面积最小，为460平方米左右，而3号活性炭的比表面积排在第三位，通过研究表明，1号、4号以及2号活性炭的吸附缓冲效果最好，而3号活性炭的吸附缓冲效果最差，这也表明吸附剂本身的比表面积对其吸附缓冲的作用影响较大。

2.1.2吸附质因素

吸附质的性质也会影响到活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的作用，有学者通过研究相同活性炭对不同VOCs的吸附功能，发现对于二甲苯、丙酮以及乙酸丁酯这三种VOCs，活性炭的吸附缓冲作用也存在着明显差异，其中，活性炭对丙酮的吸附容量最低，而对乙酸乙酯和二甲苯两种VOCs，活性炭的吸附性相近，两种最为明显的相同点就是都可以进行逆吸附，且逆吸附性基本相同，例如，采用某种活性炭对三种VOCs进行吸附实验，结果活性炭对乙酸乙酯和二甲苯总吸附量分别为303毫克和284毫克，其单位为每克，而逆吸附量两种都可达到97毫克，活性炭对丙酮的吸附性表现较弱，其总吸附量为108毫克，逆吸附量仅为77毫克，这主要是由于丙酮和其他两种物质相比，其分子的质量和极化值都偏低，而蒸气压却偏高，因而吸附性较差，由此也可以看出吸附质对活性炭吸附缓冲作用也有着较大影响^[2]。

2.1.3进气性质因素

进气性质对活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的影响主要包括以下几点，一是进气的浓度影响，有相关实验研究表明，若是在间歇负荷作用下，VOCs进入的浓度与活性炭吸附性能存在着反函数关系，随着VOCs进气浓度逐渐降低，活性炭吸附缓冲的性能反而逐渐增强，而若是在波动负荷作用条件下，进气浓度的影响函数也较为相似，以工业中的甲苯废气为例，当波动负荷逐渐增强时，甲苯废气的浓度峰值会逐渐上升，而活性炭对甲苯废气的吸附缓冲作用则会逐渐降低。二是混合气体性质所造成的影响，对于一些工业废气来说，其气体多少为混合气体，包含了VOCs、甲苯、LI以及丙酮等多种气体，共同形成污染物，因此，由于活性炭对不同物质的吸附作用不同，比方说甲苯气体可以被活性炭有效吸附，但其穿透的时间较长，而丙酮气体被吸附的效果较差，因而随着吸附之间的延长，丙酮气体的浓度也会开始上升，直到与甲苯气体的浓度一致，然后两种气体会达到一个准稳定状态，在这个过程中活性炭的吸附缓冲程度也处于不断变化的过程中。三是进气相对湿度的影响，由于一些工业污染产生的VOCs是废水处理而来，因此其气体本身具有一定水分，且通常情况下含水量十分饱和，VOCs中的水分子会在被吸附过程中占据一定的吸附位，因而也会影响到活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的效果，例如，活性炭在吸附甲苯气体时，若甲苯气体的含水率低于75%，则水分对活性炭吸附缓冲效果的影响较小，但当含水率高于75%时，水分对活性炭吸附缓冲效果的影响就较为明显。另外，除了以上几点，进气的交替吸附性质和进气时的波动负荷也会对活性炭的吸附缓冲效果造成一定影响。

2.2活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的设备和操作条件

2.2.1碳床高度

评估活性炭碳床高度的指标参数一般为空床接触的时间，而碳床高度也会在一定程度上影响着吸附缓冲的效果，当空床接触的时间越长，则表明碳床高度越高，因此，可以将空床接触时间作为依据，探究活性炭的吸附缓冲性能，例如，有学者研究了不同空床接触时间的条件下，活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的作用效果，实验在间歇负荷条件下进行，当空床接触时间逐渐上升时，吸附气体的浓度有所降低，且最大浓度值也开始下降，这表明活性炭的吸附缓冲效果变得更强，同样在波动负荷条件下进行实验，其实验结果相同，因此可以判断碳床高度越高，则活性炭吸附缓冲的能力越强。

2.2.2负荷时间

负荷时间是否合理也会影响到活性炭吸附缓冲效果，有学者在空载流速相同的情况下，对不同甲苯负荷时间的活性炭吸附缓冲程度进行了测验，该实验结果表明，对于不同甲苯负荷时间，随着甲苯负荷时间的不断增长，气体出流的浓度会逐渐下降，其最大值和最小值则也出现上升，平均气体浓度会下降，这时活性炭吸附缓冲的作用效果也会加强，同时，不管是间歇负荷还是波动负荷，实验的结果都是相同的，这也表明了负荷时间越长，则活性炭吸附缓冲的程度越强。

结论：综上所述，活性炭吸附缓冲非稳态VOCs是一种物理吸附过程，其作用原理较为简单，作用类型主要分为主动与被动两种。由本文分析可知，影响活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的物质因素包括：吸附剂因素、吸附质因素、进气性质因素；活性炭吸附缓冲非稳态VOCs的设备和操作条件，主要是调整碳床高度和负荷时间。

参考文献：

[1]李建军, 非稳态VOCs废气的生物过滤机制与工程应用研究. 广东省,广东省微生物研究所,2019-07-23.

[2]缪海超,羌宁,曹翌奇.活性炭吸附缓冲非稳态VOCs研究进展[J].化工环保,2019,39(02):122-128.

作者简介：高鲁宁（1983.10--）；性别：男，籍贯：山东省烟台市，学历：本科，毕业学校：齐鲁工业大学，现有职称：中级工程师，研究方向：化工环保。