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介紹幾種活性炭脫附VOCs工藝

發布時間:2021-09-06 15:13      點擊:

目前, VOCS的回收方法主要有:吸收法、吸附法、冷凝法和膜分離法,通常將吸附與冷凝法連用,吸附劑首選活性炭,因為活性炭具有吸附能力強、耐酸堿、耐熱、原料充足、易再生的優點,一般流程為:吸附、脫附、冷凝回收。脫附是創造與低負荷相對應的條件,引入物質或能量使吸附質分子與活性炭之間的作用力減弱或消失,除去可逆吸附質。傳統的脫附方法有水蒸汽、熱氣體脫附,變壓脫附,溶劑置換,近年又出現了電熱法、超聲波再生法、微波輻照等新興脫附方法。下面來看看:
一、水蒸汽、熱氣體脫附法
適用于脫附沸點較低的低分子碳氫化合物和芳香族有機物,水蒸汽熱焓高且易得,經濟性、安全性好,但是對于高沸點物質的脫附能力較弱,脫附周期長,易造成系統腐蝕,對材料性能要求高;回收物質的含水量較高,解吸易于水解的污染物(如鹵代烴)時會影響回收物的品質;水蒸汽脫附后,吸附系統需要較長時間的冷卻干燥才能再次投入使用,還存在冷凝水二次污染的問題。與水蒸汽解吸相比,熱氣體解吸的冷凝水二次污染很少,回收到的有機物含水量低 (對于水溶性的有機物更顯優勢),便于進一步精制回收,再生干燥、冷卻時間短,對吸附系統材料要求較低。熱氣體脫附的缺點是氣體熱容量較小,氣體熱交換所需面積相對較大,如果直接采用熱空氣解吸,可能存在一定的危險性,而且氧的存在會影響回收物質的品質,所以需要控制再生氣體中氧的含量,增加回收費用。一些學者對熱氣體解吸提出了改進,提出再生蒸氣與待吸附污染氣流順流的方法以提高脫附效率、延長活性炭的使用壽命,并采用周邊空氣而非傳統的凈化后氣體作為干燥用氣。
二、溶劑置換法
以藥劑洗脫和超臨界流體再生法為代表,通過改變吸附組分的濃度,使吸附劑解吸,然后加熱排除溶劑,使吸附劑再生。藥劑洗脫法適用于脫附高濃度、低沸點的有機物,使吸附質與適宜的化學藥品反應,讓活性炭再生,針對性較強,往往一種溶劑只能脫附某些污染物,應用范圍較窄。所用有機溶劑價格高、有些具有毒性,會帶來二次污染,活性炭再生不徹底,易堵塞活性炭的微孔,多次再生后活性炭的吸附性能明顯降低。超臨界流體再生法以超臨界流體作為溶劑,將吸附在活性炭上的有機污染物溶解于超臨界流體之中,再利用流體性質與溫度和壓力的關系,將有機物與超臨界流體分離,達到再生目的,一般使用CO2作為萃取劑。1979年,首次采用超臨界CO2從活性炭上再生酚,該法操作溫度低,不改變吸附物的物理、化學性質和活性炭的原有結構,活性炭基本無損耗,便于收集污染物,有利于吸附質的重新利用,切斷二次污染,可實現連續操作,再生設備占地小,能耗少。但是,該法所研究的有機污染物十分有限,難以證明應用的廣泛性。
三、電熱解吸法
F在1970年利用吸附材料的導電性,向吸附飽和后的吸附劑施加電流,利用焦耳效應生熱,為解吸提供能量。目前,有兩種方式產生電流:電極直接產生電流和電磁感應間接產生電流。與傳統變溫解析法相比,電熱解吸法再生氣體流量可以減少10%-20%,效率高,能耗低,處理對象所受局限較少。但是直接加熱時會出現過熱點,影響吸附床層溫度的控制,難以放大,另外電極布置連接和絕緣方面還有待進一步深入研究。
四、微波脫附法
活性炭可以吸收微波能量用于解吸吸附質。微波加熱速度快,只需常規方法的1/100-1/10的時間就可以完成,且加熱均勻,只對吸收微波的物料有加熱效應,能耗低,設備、操作簡單,再生效率高,便于自動控制,但是由于微波加熱過程是封閉的,脫附物質不能及時排除,對再生效果會產生一定影響。Ania等分別用2450MHz的微波和傳統電熱法對吸附苯酚飽和的活性炭進行再生,發現微波可以顯著縮短解吸時間,且活性炭吸附容量損失少。寧平等運用微波輻照再生吸附有甲苯廢氣的活性炭,并對解吸氣進行冷凝,甲苯回收率達60%以上,接近化學純。王寶慶用微波解吸再生負載乙醇活性炭,3-4min后脫附率達90%以上。
五、超聲波再生
不同學者對超聲波解吸的機理有不同的解釋:有人認為是聲空穴產生的高速微型射流和高壓沖擊波導致吸附質解吸,一些人等認為是超聲波的熱效應加速吸附質的解吸。我國學者認為超聲波與不同相界面或其他超聲波波峰相遇時,會產生巨大的壓縮力,隨著波的反彈形成一個個微小的“空化泡 ”,“空化泡” 爆裂時爆炸點的溫度和壓力陡然上升,可以將能量傳遞給被吸附物質,加劇其熱運動,從吸附劑表面脫離。由于超聲波只是在局部施加能量,因而能耗較小,炭損失小,工藝設備簡單。研究結果表明超聲波可以顯著提高p-氯苯的解吸速率,在21到 800kHz的范圍內,解吸速率隨著頻率的升高而加快,且在超聲波到達38.3W之前,活性炭的穩定性未受到影響。

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