1、毕业论文文献综述环境工程有机废气活性炭吸附再生一体化设备研制摘要概述了有机废气的来源；阐述了目前有机废气治理技术及其优缺点，指出活性炭吸附的经济实用性；说明了目前活性炭吸附再生的几种方法和特点，并对未来有机废气的处理技术应用进行展望。关键词有机废气；活性炭；吸附；再生大气污染是我国目前最突出的环境问题之一，工业废气是大气污染物的重要来源。大量工业废气排入大气，必然使大气环境质量下降，给人体健康带来严重危害。工业废气中最难处理的就是有机废气，有机废气通过呼吸道和皮肤进入人体后，能给人的呼吸血液、肝脏等系统和器官造成暂时性和永久性病变，尤其是苯并花类多环芳烃能使人体直接致癌1，已经引起人类的高度重
2、视。工业生产中会产生各种有机物废气，主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类酒同类和胺类等，这些有机废气会造成大气污染，危害人体健康，而且还会造成浪费，所以有机废气的处理与净化势在必行。随着社会经济的发展和人们环保意识的增强，人们对环境质量提出了更高的要求。目前我国的环境问题依然十分突出，已严重地制约了经济发展和人民生活水平的提高，其中，有毒有机物对环境污染非常严重，该类污染物具有排放量大、污染面广和难以降解的特点，对它们的污染控制一直是环保工作者研究的重点课题。1有机废气治理技术及存在问题挥发性有机物是常见的污染物，它与颗粒物一样，是一大类大气污染物。挥发性有机物VOCS是一类有机化合物的统称，通
3、常是指在常压下沸点低于260或室温时饱和蒸气压大于71PA的有机化合物，也有将常压下沸点低于100或25时饱和蒸气压大于133PA的有机化合物称为VOCS2。它们来源于石油化工行业所排放的废气；造纸、油漆涂料、采矿、金属电镀和纺织等行业所排出的有机溶剂；交通工具所排放的废气及其他可能排放有毒有害有机废的污染源2。在喷涂、印刷、皮革加工等大量使用有机溶剂的生产过程中，会逸出含苯、甲苯和一甲苯等物质的废气，该类废气排放时苯类物质的浓度大约为501000MG/M3,属低浓度苯类废气3,13。有机废气主要来源于石油和化工行业生产过程中排放的废气，特点是数量较大，有机物含量波动性大、可燃、有一定毒性，有
4、的还有恶臭，而氯氟烃的排放还会引起臭氧层的破坏。石油和化工工厂及石化产品的存储设施，印刷及其他与石油和化工有关的行业，使用石油、石油化工产品的场合和燃烧设各，以石油产品为燃料的各种交通工具都是有机废气的源头，有机废气的来源和污染途径见表11。有机废气活性炭吸附再生一体化设备研制2表1有机废气的来源和污染途径类别TYPE污染源POLLUTIONSOURCES污染途径POLLUTIONPATHWAYS固定源石油炼制、储存、印刷、油漆、化工行业的有机原料及合成材料、农药、染料、涂料等化工产品，炼焦、固定燃料装置石油炼制过程，化工产品生产工艺中泄露、存储设施中蒸发，废水有机物的蒸发，消毒剂、农药、染料
5、等加工过程中有机物的蒸发，垃圾焚烧炉中不完全燃烧，饮食业煎、炸、烤类食物流动源MOBILESOURCES汽车、轮船、飞机曲轴箱漏气、尾气排放11治理技术有机废气对人体的危害是多方面的，可以影响人体中枢神经，使神经系统发生功能障碍；可致全身中毒，进而头痛,呕吐、腹泻等，甚至死亡；可具有强烈的致癌性1,39。不同行业有机物废气的毒性也是各不相同的。有机废气的治理方法主要有2类一类是回收法。回收法是通过物理方法，在一定温度压力下，用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离挥发性有机化合物VOCS），主要包括活性炭吸附、变压吸附、冷凝法和生物膜法等。另一类是消除法。消除法是通过化学或生物反应，用光、热、
6、催化剂和微生物等将有机物转化为水和二氧化碳，主要包括热氧化催化燃烧、生物氧化、电晕法、等离子体分解法、光分解法等1,2。111活性炭吸附法活性炭ACTIVATEDCARBON,AC因其发达的孔隙结构和大的比表面积而具有很强的吸附能力，作为吸附脱色剂广泛应用于医药、化工、轻工、食品、环保等众多领域。活性炭是一种无毒无味，具有发达细孔结构和巨大比表面积的优良吸附剂，由于活性炭具有很强的吸附能力，所以活性炭不仅用于污水和废气的处理，而目用活性炭提取黄金即炭浆提金6,10。目前我国对于浓度较低的气相污染物的净化手段主要为吸附法，应用活性炭的强吸附性吸附污染物，且对有机废气质量浓度的动态变化有着较好的缓
7、冲调节作用。常用的吸附剂有多孔炭材料、蜂窝状活性炭、球状活性炭、活性炭纤维、新型活性炭以及分子筛、沸石、多孔粘土矿石括性氧化铝和硅胶等。活性炭多旱粉末状或颗粒状，大部分情况下不能直接用于各种净化设备中，必须使活性炭具有一定形状和支撑强度才能使用。活性炭经过特殊的工艺处理后，能产生丰富的微孔结构，这些人眼看不到的微孔能够依靠分子力，吸附各种有害的气体和液体分子，从而达到净化的目的。3活性炭吸附过程包括吸附净化和热脱再生。吸附净化过程是将有机废气由排气风机送入吸附床，有机废气在吸附床被吸附剂吸附而使气体得到净化，净化后的气体排向大气即完成净化过程热脱再生过程是当吸附床内吸附剂所吸附的有机物达到允许
8、的吸附量时，该吸附床已经不能再进行吸附操作而转入脱附再生。脱附再生即用来自催化的热空气吹扫吸附剂，使吸附的有机物脱附出来达到使吸附剂的吸附能力再生的目的。12有机废气治理技术中存在的问题对于有机气体的净化处理，无论是广泛采用的传统处理方法还是新开发的处理技术，都要考虑到应用的实效性。催化燃烧法对气体燃烧条件非常苛刻，需高温、高空和高水蒸气分压，因此催化剂必须具备较高的活性、高热稳定性和较高的水热稳定性，以及一定的抗中毒能力。生物膜法存在着反应装置占地面积大反应时间较长的缺点。活性炭吸附法适用于大风量、低浓度、温度不高的有机废气治理。该法工艺成熟，效果可靠，易于回收有机溶剂，因此被广泛地应用于化
9、工、喷漆、印刷等行业的有机废气如苯类酮类的治理。在工业吸附过程，活性炭是使用最为广泛的一种吸附剂1,11,12。活性炭吸附技术耐高温，潮湿条件下还能保持很好的吸附能力，在国内有机废气治理领域更具发展前途。再者活性炭吸附后再生利用，在提高资源利用率，低能耗和低成本方面具有重要的意义。为促使经济社会、环境的协调发展，开发经济有效的有机物的净化处理技术已成为我国解决有机物污染的重要课题，所以，在目前所使用的有机废气处理技术中，活性炭吸附技术具有突出的地位和重要作用。2活性炭吸附再生活性炭的再生为活性炭吸附的逆过程。循环再生过程中首先要考虑尽量减少对炭基质本身的影响，保证再生炭的吸附性能。活性炭的再生
10、方法可分为两类。一是引入物质或能量使吸附质分了与活性炭之间的作用力减弱或消失使吸附质脱附；二是依靠热分解或氧化还原反应破坏吸附质结构而达到除去吸附质的日的。随着活性炭用量的不断扩大及人们对环境标准要求的提高，人们要求再生炭工艺简单，设备操作容易，再生后产生的一次污染尽可能小，生产规模随意控制。为了满足新的要求，在原有再生方法的基础上改进工艺以及探索，目前国内外的活性炭再生方法主要有热再生法、生物再生法、湿式氧化再生法、溶剂再生法、电化学再生法、超临界流体再生法、超声波再生法、微波辐照再生法、催化湿式氧化法和光催化再生法等6，14。其中微波再生法因为效率高、加热快、能耗低，是一种经济的再生新技术
11、。21活性炭吸附热再生技术活性炭的热再生的原理是将湿炭用高温气体慢慢干燥，在加热过程中，被吸附的有机物按其性质不同，通过水蒸气蒸馏、解吸或热分解这些过程，以解吸炭化氧化的形式从活性炭的基质上消除。有机废气活性炭吸附再生一体化设备研制4热再生发展历史较长，是日前被应用最多的一种再生方法。高温热再生一般采用的介质为水蒸气、烟道气、二氧化碳等惰性气体，其再生温度通常为300900。高温热再生法的优点是再生效率高、再生时间短、对吸附质基本尤选择性。但是热再生也有它的缺点，在热再生过程中炭损失较大，一般在510，再生炭机械强度下降，炭表面化学结构发生改变，比表面积减小，并且由于颗粒间的摩擦和可能被流动的
12、氧化性气体带走，损失还会进一步增大；热再生炭的吸附效率也会有所降低，反复再生丧失吸附性能，另外，热再生所需设备较为复杂，运转费用较高，不易小型化16,20。22活性炭吸附生物再生技术生物再生一般是经过驯化的培养细菌种处理失活的活性炭，使吸附在活性炭上的有机物最终分解为CO2和H2O活性炭。1970年确认了活性炭由于它上面繁殖的微生物作用而延长了使用寿命。正是由于这种生物再生能够延长吸附剂的寿命则可大大减少了再生的次数，大大提高了吸附系统的经济性能20。生物再生法简单易行，投资和运行的费用相对来说较低，但所击时间，受水质和温度的影响较大。该法适用于吸附质是细菌易于分解的有机物质，并且要求分解尽量
13、彻底，如果不彻底会造成活性炭的再吸附，影响再生效果。23活性炭吸附溶剂再生技术溶剂再生法的原理是利用活性炭、溶剂与被吸附质二者之间的相平衡关系，通过改变温度、溶剂的PH值等条件，打破吸附平衡，将吸附质从活性炭上脱附下来。根据所用溶剂的不同可分为有机溶剂再生法和有机溶剂再生法。前者用有机酸H2S04,HCL等或碱NAOH等作为再生溶剂；后者用苯、内酮及甲醇等有机溶剂，萃取吸附在活性炭上的吸附质。药品再生法的优点是吸附质易于回收，活性炭的损失不大。其缺点是溶剂使用后处理不当易产生一次污染，且由于废液与再生炭分离困难，对粉状活性炭难于再生。对于被吸附物质为大分了有机物质或分了结构中支链较多的有机物质
14、来说，因“瓶颈效应”或“章鱼效应”，溶剂再生效率低，在被吸附物种类较多、成分较为复杂时，通常需要几种以上的萃取剂20。24活性炭吸附电化学再生技术电化学再生的工作原理如同电解池的电解，在电解质存在的条件下将吸附质脱附并氧化，使活性炭得以再生。该方法将活性炭填充在两个主电极之间，在电解液中加以直流电场，活性炭在电场作用下极化，一端成阳极，另一端呈阴极，形成微电解槽，在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应，吸附在活性炭上的污染物大部分被分解，小部分因电泳力作用发生脱附而使活性炭再生。再生操作采用间歇搅拌槽电化学反应器或固定床反应器20。电化学再生效率较高，可接近90，又能避免一次
15、污染。与传统再生法相比，再生均匀，耗能少，炭损少，所需电解质价5格较低，操作简单。24活性炭吸附超临界流体再生技术超临界流体SCF是指温度和压力都处T临界点以上的液体。利用SCF作为溶剂，将吸附在活性炭上的有机污染物扩散，溶解于SCF之中。根据流体性质依赖于温度和压力关系，可以将有机物与SCF有效分离，达到再生的目的。再生过程可间歇操作也可连续操作。通过理论分析与实验结果，已证明SCF再生方法优于传统的活性炭再生方法温度低，不改变污染物的化学性质和活性炭的原有结构；活性炭无任何损耗；方便的收集污染物，切断一次污染；操作连续化；SCF再生设备占地小、操作周期短和节约能源。但是，该技术使用的超临机
16、流体仅限于CO2,活性炭再生的过程受到限制，难以广泛的使用该技术6,16,20。25活性炭吸附超声波再生技术超声波是指频率在16KHZ以上的声波，在溶液中以一种球面波的形式传递。用超声波的脉动对活性炭进行搅拌，加上“空化泡”爆裂的冲击，促使吸附表面的物质迅速解吸达到再生的效果16,20。超声波再生最大特点是，只在局部施加能量即可达到再生的目的。超声波再生能耗小，工艺及设备简单，炭损失小、自耗水量少，且可回收有用物质。但是超声波对不同被吸附物的解析率不同，对吸附了多种物质的活性炭使用超声再生将会造成某些种类的物质在炭内的集积，因而对解吸率高的单一被吸附物质采用超声再生是比较适宜的。此外由于超声再
17、生不会像化学再生或热再生改变被吸附物质的结构与形态，因而用于活性炭浓缩、富集、回收有用物质的再生是十分有利的。26活性碳吸附微波再生技术微波辐照再生法是在热再生法基础上发展起来的活性炭再生技术。国内外对活性炭再生技术的研究表明，微波辐照是一种比较理想的活性炭再生方法。微波加热使活性炭进一步活化提高吸附容量，用这种方法再生活性炭的时间短，耗能低，设备构造简单。微波一般是指波长在1MM到1M范围相对频率为300300000MHZ的电磁波15。微波在传输过程中遇到不同的介质，依介质性质不同，会产生反射、吸收和穿透现象，这取决于材料本身的几个主要特性介电常数、介质损耗系数、比热、形状和含水量等。在微波
18、炉中，磁控竹辐射出的微波在腔内形成微波能量场，并以极高的速度改变正负极性，使活性炭中吸附的极性分子随正负极性改变而高频改变方向，在相互碰撞、摩擦中产生高热量，被吸附在孔道中的水和有机物质受热挥发和炭化，活性炭的孔道重新打开，活性炭本身也要吸收微波而升温，烧失一部分炭，使孔径扩大，从而使活性炭恢复到原来的吸附活性11。微波对被照物有很强的穿透力，对反应物起深层加热作用，效率高、加热快、能耗低。与传统的热再生方法相比，微波再生技术有以下优点热量的引入通过电磁能的传输直接进入；微波加热温度均匀；解吸速度快；与吸附剂的电了损失相比，被蒸发的吸附质的电了损失更高，因此能实现对吸附质的选择加热15。实验表
19、明，再生活性炭损耗率随着微波功率的增大，微波辐照时间的延长而有机废气活性炭吸附再生一体化设备研制6增大；再生活性炭性能恢复率在功率较小时，随着微波功率的增大而增大；在微波功率较大时反而减小。再生活性炭的性能恢复率随着微波辐照时间的延长而增长。再生活性炭综合恢复率在微波功率较小时，随着微波功率的增大、辐照时间的增长而增大，微波功率较大反而较小6,16,17。27活性炭吸附光催化再生技术光催化再生法的原理是利用一定波长范围的光，在某种催化剂存在的条件下，通过光化学反应使吸附有一种或多种有机物吸附质的饱和活性炭的吸附性能得到恢复。借助光催化剂表面受光子激发产生的高活性强氧化剂OH自由基，将水体中绝大
20、多数的有机及部分无机污染物氧化，使其逐步氧化降解，最终生成CO2,H2O等无害或低毒物质20。这种方法所使用的催化剂主要是固态氧化物半导体，目通常是高价的氧化物，因为高价的氧化物具有较高的稳定性。光催化再生型活性炭在其吸附达到饱和后，不需要其他步骤，直接在紫外光照射下即可实现原位再生，再生工艺简单，设备操作容易，生产规模可以随意控制，且可以使用日光辐射，能耗低。因此，光催化再生的研究具有重要意义。其不足之处是耗时长，处理效果尚不十分令人满意。28活性炭吸附微波和超声波再生技术微波和超声波再生法，也是研究开发的新技术，用微波产生高温使活性炭上的有机污染物炭化，恢复其吸附能力。微波作用使有机污染物
21、克服范德华力吸引开始脱附，随着微波能量的聚集在致热和非致热效应共同作用下，有机污染物一部分燃烧分解放出二氧化碳，另一部分炭化。MATHEICKAL等21应用土壤吸附和微波辐射法处理水中五氯苯酚PCP。他们认为用微波再生失效的颗粒活性炭替代传统生产手段是可行的。ANGELES等22发现用微波在合适的强度和温度下辐射失效的炭，能够再生其97的吸附能力。以微波辐射为手段对吸附了2,4氯苯酚的活性炭纤维ACF进行再生研究，实验结果表明，微波辐射功率400W，微波辐射时间6MIN，氯酚的含量为02MG/G时，ACF再生活化度可达9619。4小结与展望随着各国对环境质量的要求不断提高，挥发性有机废气的处理
22、日前己经成为研究人员研究重点领域之一。采用活性炭纤维吸附回收装置回收有机废气，不仅具有很好的环境效益，而且还具有显著的经济效益18。由于煤廉价且来源稳定可靠，以煤为原料生产的活性炭是最廉价的活性炭产品，在石化、电力、化上、食品、黄金行业等众多领域都有广泛应用。而其脱色、除味和强吸附性使其被广泛应用于污染水源净化和城市污水、工业废水的深度处理。活性炭在脱硫方而近年也得到发展。微波辐照活性炭烟气脱硫技术不但可以消除SO2的污染，而且还可以回收硫资源，从而将SO2污染控制和硫资源回收利用相结合，实现环境、社会和经济效益的统一19。挥发性有机物种类繁多，多数7有毒，危害人类健康，污染环境，因此必须对V
23、OCS进行回收，而目前吸附法应用最为广泛，技术也最为成熟，其吸附剂首选活性炭。参考文献1依成武,刘洋等有机废气的危害及治理技术J安徽农业科学，2009,371351522樊奇,羌宁挥发性有机废气净化技术研究进展J四川环境,2005,2444044,493郭杨龙,李佩晋低浓度挥发性有机废气的吸附净化J化学世界,2008,494216219,228,2544徐胜男,羌宁,裴冰活性炭处理甲苯气体吸附再生实验研究J环境污染与防治,2008,3015759,635费小猛,张永春周锦霞脱除SO2活性炭的再生方法J化工环保,2006,2653783816赵大传,郭玉玲,李力不同微波条件对活性炭微波再生效率的
24、影响研究J生态环境学报,2010,195105910627孙彦富,苏建华利用吸附催化燃烧法处理喷漆产生的有机气体J广州化工,200911121178张文智等利用活性炭纤维有机废气吸附回收装置治理二氯甲烷废气J环境污染治理技术与设备,2002,3108687,949赵浩,董文龙,刘志英活性炭吸附苯酚及其微波辐照再生效果J南京工业大学学报自然科学版,20101283210刘靖,史可玉,孙晓芳活性炭微波再生方法研究J环境科学导刊,2010,2921411吴文炳,陈建发,林小兰甘蔗渣微波制备活性炭吸附剂及其再生研究J湖北民族学院学报自然科学版,20102201203,21013颜幼平,陈凡植吸附法净化
25、低浓度废气实验研究J环境污染治理技术与设备,2000,14768114羌宁挥发性有机物（VOCS）活性炭吸附回收技术综述J四川环境,2007,26610110515连明磊,冯权莉,宁平活性炭吸附微波再生技术研究进展J贵州化工,2007,3214716赵浩,董文龙,刘志英活性炭吸附苯酚及其微波辐照再生效果J南京工业大学学报自然科学版,20101283217李平,王福连,袁鹏活性炭强制放电再生炉的机理及应用J江苏环境科技,2008,2121318任玉灿,王占英,董炳辉自生电热式活性炭再生设备研究J河北建筑工程学院学报,2009,274575919何彩群,覃丽娟,田玲玲煤基活性炭生产与再生研究J工业
26、安全与环保,2009,3511454720岳宗豪，郑经堂等活性炭再生炭再生技术研究进展J应用化工，2009，38114有机废气活性炭吸附再生一体化设备研制821JTMATHEICKAL,QYUANDJLINDENINSITUREGENERATIONOFPHENOLSATURATEDACTIVATEDCARBONUSINGETHANOLDEVELOPMENTSINCHEMICALENGINEERINGANDMINERALPROCESSINGVOLUME6,ISSUE5,1998,PAGES26327222MANGELESFERROGARCIA,JOSRIVERAUTRILLACHEMICALANDTHERMALREGENERATIONOFANACTIVATEDCARBONSATURATEDWITHCHLOROPHENOLSJOURNALOFCHEMICALTECHNOLOGYBIOTECHNOLOGYVOLUME67,ISSUE2,OCTOBER1996,PAGES183189
