活性碳纤维在 VOCs 处理装置中吸附性能及效果及措施

活性碳纤维在活性碳纤维在VOCs处理装置中吸附性能及效果及措施处理装置中吸附性能及效果及措施目前，活性碳纤维被应用于处理各种的有机废气，其相应的研究成果也有很多：本研究主要是以吸附法为主体，活性炭纤维布作为吸附材料，环己烷作为VOCs的模拟物，通过正交实验探讨风速、环己烷流量、ACF布数以及ACF布孔等因素对ACF布的饱和吸附时间和饱和吸附量的影响；同时比较ACF布在无孔和有孔的情况下，风机运行所需要的功率，为合理使用ACF布处理VOCs提供依据，为进一步处理提供依据。1实验过程1.1实验材料吸附剂：活性炭纤维布，江苏苏通碳纤维有限公司。吸附质：环己烷，天津市富宇精细化工有限公司，分析纯。1.2实验仪器实验所使用的主要仪器见表1。1.3实验过程1.3.1活性炭纤维布的预处理活性炭纤维布在使用前，要先裁剪成面积略大于48cm×48.5cm的块状布，若是实验中要求有孔的ACF布，则在布上均匀地剪出9个直径约1cm的小洞(见图1)。裁剪后，在烘箱中以100℃烘6个小时左右。在烘完冷却后，应立即转移至密封袋中，防止重新吸附空气中。1.3.2吸附流程活性炭纤维布吸附环己烷实验流程如图2所示。首先，开动风机，由调控装置和测风仪调控风速至符合实验要求。然后把足量的环己烷倒入烧杯中，由流量型蠕动泵定量抽送到数显调节仪上进行加热(80℃)后喷出进入风道，经风机引动以一定的流速进入ACF吸附室，此时，可在风道前段的特定位置用VOC仪测定环己烷的初始浓度。在ACF吸附室中由多孔铁框负载ACF布，用于吸收通入的环己烷，通过吸附室后的气体在风道后段的特定位置用VOC仪进行定时(3min)的环己烷浓度测定并记录。1.4ACF布吸附性能测定方法1.4.1ACF布饱和吸附时间测定方法(1)把实验要求的ACF负载到铁框上，放到吸附室的固定位置上。(2)按相应的实验要求调控好风速和环己烷流量后，开动流量型蠕动泵，同时开始计时。(3)计时开始后，在风道的前段的特定位置，使用VOC仪测定环己烷的初始浓度并记录；在测定环己烷初始浓度以后，在开始计时后的第3分钟测定风道后段的环己烷浓度，此后，每隔3分钟测定1次并记录，直到环己烷浓度恒定在一个小范围(±0.1)不变后，停下风机和流量蠕动泵。(4)将上面得到的环己烷初始浓度记为C0，每隔3分钟所测得的环己烷浓度记为Ct，按公式(1)处理，即可得到相应时间的环己烷透过率Q：Q=Ct/C0(1)处理完成后，做一个Q-t的曲线关系图，即可在图上找到相应的饱和吸附时间。1.4.2ACF布饱和吸附量测定方法(1)用电子天平测量进行预处理后的ACF布质量，记为g1。(2)用电子天平测量测量饱和吸附后的ACF布质量，记为g2。(3)按公式(2)处理即可得到饱和吸附量q。q=(g2-g1)/g1(2)1.5风机运行功率测定方法(1)把实验要求的ACF负载到铁框上，放到吸附室的固定位置上。(2)在调控装置上调控风机运行的交流电频率，由测风仪测定风速是否符合实验要求，若不符合，则继续调控交流电频率至风速合适为止。(3)在调控好风速后，可在调控装置上读出该交流电频率下的电流I和电压U，由公式(3)即可算出相应的风机运行功率P。P=IU(3)1.6活性炭纤维吸附性能测定实验方案本次实验中，选择风速(A)、ACF布数(B)、ACF布孔(C)以及环己烷流量(D)作为考察ACF布吸附环己烷的吸附性能的4个因素，每个因素选择2个水平，按L8(24)进行正交实验，具体测定方案见表2和表3。2结果与讨论2.1ACF布对环己烷的吸附性能测定结果与讨论2.1.1ACF布饱和吸附时间和饱和吸附量测定结果本次正交实验中，ACF布吸附环己烷的饱和吸附时间和饱和吸附量测定结果见表4。表中SⅠ是因素水平为1的饱和吸附时间加和，SⅡ是因素水平为2的饱和吸附时间加和；SⅠ'是因素水平为1的饱和吸附量加和，SⅡ'是因素水平为2的饱和吸附量加和。从表4看出活性炭纤维是有吸附性能的，其吸附属于物理性吸附，当表面层的物质粒子受到指向内部的拉力，会产生不平衡力场，ACF表面向周围的介质中捕获其他的物质粒子，使不平衡力场得到一定补偿。挥发性有机化合物在活性炭纤维表面以多段微孔填充的方式迅速、稳定地聚集于ACF微孔内[7,8]。活性炭纤维的优异吸附性能，源于它的高比表面积。日本学者金子克美提出，由于孔壁势场的叠加效应，当孔径是吸附质分子直径的2倍时，较容易发生吸附[9]。对于活性炭等多孔材料，吸附主要发生在内部的微孔部分，大孔和中孔主要起传递作用。相比之下(见图3)，常规活性碳纤维是表面性单分散微孔材料，同样比表面积，能够产生吸附作用的面积更大，因而吸附、脱附速度更快、吸附量更大。如图4所示，在风速为1.5m/s和2.1m/s时，SⅡ比SⅠ大，SⅡ’比SⅠ’小，即风速增大，会延长ACF布的