活性炭纖維吸附技術(shù)應(yīng)用于有機廢氣處理
近年來,大氣污染問題以及如何治理引起了社會各界的關(guān)注,本文將主要介紹活性炭纖維吸附技術(shù)應(yīng)用于有機廢氣處理,內(nèi)容如下:
吸附原理:
吸附劑中含有非常密集的孔狀構(gòu)造,其中有一種被稱為毛細管的小孔,毛細管具有非常強的吸附能力,同樣發(fā)達的孔隙構(gòu)造也就意味著吸附劑具有著很大的表面積,使氣體(雜質(zhì))能與毛細管之間產(chǎn)生接觸,從而被毛細管的內(nèi)壁所吸附。當(dāng)其中的一個分子被毛細管吸附后,由于分子之間存在著相互吸引力的原因,會導(dǎo)致更多的分子接連不斷的被吸附,直到毛細管飽和為止。
需要指出的是,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有效進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原材料和活化條件來創(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。相關(guān)產(chǎn)品:活性炭吸附設(shè)備。
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,比表面積大、吸附能力強的一類微晶質(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?,性能當(dāng)然不好,一般顆粒大小在0.5毫米左右的活性炭既達到了不錯的性能,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)展起來的活性碳纖維是隨著碳纖維工業(yè)發(fā)展起來的一種新型的吸附劑。其顯著的特點是具有發(fā)達的比表面積(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:
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)到達吸附位的擴散路徑短,纖維直徑細,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,可達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對氣體的吸附數(shù)10秒至數(shù)分鐘可達平衡。
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不僅對高濃度吸附質(zhì)的吸附能力明顯,對低濃度吸附質(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,即百萬分之一,以下同)以下時,ACF還能對其吸附,而GAC高于100ppm時方能吸附;
5、耐熱、耐酸堿;具有很強的氧化還原特性,可將高價金屬離子還原為低價態(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對各種有機化合物具有較大的吸附量和較快的吸、脫附速度。
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