活性炭吸附的主要参数、对VOCs的吸附容量及影响因素 一、活性炭吸附的主要参数 活性炭的用途很广,它在废气、废水处理以及很多工业生产中,都有广泛的用途。正是因为用途不同,而分成各种不同的种类;而每个种类的活性炭,都有它们的技术性能指标,比如比表面积、碘值、四氯化碳值、亚甲蓝值、丁烷值等。所以在不同领域选择活性炭时,必须了解它们的种类和技术性能指标的意义,也就是要保证技术上适用,另外再考虑经济上合理及货源上有保证等因素。只有这样,才能准确选择所需要的活性炭。通常表示活性炭吸附能力大小的指标有以下三项:
(1)比表面积 比表面积是指单位质量的活性炭所具有的总表面积,它是外表面积和内表面积的总和。一般吸附剂的表面积主要是内表面积。根据Langmuir吸附理论,吸附剂的吸附容量是和它的比表面积成正比的。因此,在挥发性有机物的吸附工程设计中,比表面积是选择吸附剂的主要依据。
(2)碘值 碘值是指活性炭在一定浓度水溶液中吸附碘的量。碘值与直径大于1nm的孔隙表面积相关联,碘值可以理解为总孔容的一个指示器。碘吸附值用来表示活性炭对液体物质的吸附能力。这里表示了两个意思:一是“碘值可以理解为总孔容的一个指示器”,说明它也可以作为治理VOCs选择活性炭吸附性能的一个重要依据;因此,在挥发性有机物的吸附工程设计中,碘吸附值也可以作为选择吸附剂的主要依据。二是“碘吸附值用来表示活性炭对液体物质的吸附能力”,从这个意义上讲,它是用来表示活性炭对液体物质的吸附能力的。所以在液体吸附处理的设计中常常用到它。另外,碘值也可以这样理解:表示活性炭的大于1.0nm微孔的发达程度,由于碘分子大小为0.6nm左右,再考虑到其他一些因素,所以碘吸附值表征了吸附剂1.0nm孔径的发达程度。因此,在挥发性有机物的吸附工程设计中,碘吸附值作为选择吸附剂的主要依据也是合情合理的。
(3)四氯化碳值(CTC) 四氯化碳值是总孔容的指示器,是用饱和的零摄氏度的CCl4气流通过25℃的炭床来测量的。在规定的时间间隔内,测量被吸附的CCl4的质量直到样品的质量变化可以忽略不计为止。苯和四氯化碳都可作为易吸附气体的代表,来被用作对粒状活性炭的吸附性能的评价指标,它是衡量颗粒活性炭对易吸附气体优劣的一把尺子。
吸附VOCs的活性炭其实CTC值是更具有表征意义,碘值是其次。此外,活性炭对各类VOCs物质的吸附容量,也是计算活性炭更换周期或判断其吸附效果的重要参数之一,下面分享活性炭对各类VOCs的吸附容量数值,如下:
活性炭的吸附作用,主要是与活性炭的结构有关。活性炭表面原子通过络合作用、氢键、离子交换等多种方式结合起作用。活性炭虽然吸附速率快,吸附效率高,但对有机气体吸附的选择性低,同时,活性炭对有机气体的吸附过程也受多种因素的影响,主要包括温度、工作环境湿度、水雾、酸度、灰尘及被吸附气体之间的相互作用等。实验数据表明,在不同的环境条件下,活性炭的吸附效率的变化:
(1)温度影响 在通常情况下,活性炭吸附设备在温度方面,一般要求废气的温度低于40℃,25℃的吸附条件比较好,原则上需要对VOCs 气源进行冷却才能达到这个温度,而在实际的工作环境中很难做到恒温吸附VOCs,如果废气的温度超过40℃,活性炭的吸附效率就会急速下降。而且,当活性炭吸附一定量的VOCs 后暂停工作,则已经吸附VOCs 的活性炭会因气温或气压的改变又释放脱附VOCs。
(2)相对湿度影响 相对湿度也会对活性炭吸附设备的吸附效率产生影响。 从我国华南地区的一个沿海大省气象局发布的环境数据看到,自2016 年4 月,该省白天气温已经出现30℃以上的温度,甚至在7-9 月份,频繁地出现白天气温超过35℃的极端气候。另外,该省自2016 年3 月开始,平均湿度长期超过70% 了。再加上企业生产过程中产生的VOCs 的温度长期偏高,所含的湿气也超过了50%。因此,室外环境条件和废气环境条件共同作用下,导致了活性炭吸附效率大为降低。活性炭吸附设备的整体吸附效率不到其设计标准的50%。可想而知,在这种情况下,排出的气体,所含的VOCs 肯定是超出了国家规定的可排放标准,直接对大气产生了污染。
(3)酸性气体影响 活性炭表面酸性与吸附平衡有着密切的关系。活性炭表面酸性增加,则对酸性及中性有机物的吸附能力大幅降低,而大部分VOCs 均显酸性。
(4)粉尘影响 活性炭对VOCs 的吸附则主要受活性炭比表面积、孔径大小等物理特性的影响。因为活性炭的吸附是无选择性的,除了吸附VOCs,也会吸附粉尘,随着活性炭表面粉尘量的增加,活性炭的微孔被堵塞,比表面积降低,降低活性炭对VOCs 的吸附能力,致使活性炭“中毒”失活。 三、活性炭装置风阻与风速关系 活性炭吸附装置会根据类型不同,风阻也不同,蜂窝活性炭大概为0.2-0.8KPa,柱状活性炭大概风压为0.6-1.5KPa,具体与风速有关,见下: |