活性炭吸附工艺治理VOCs的技术应用进展

挥发性有机物(VOCs)严重危害人体健康及大气环境,而吸附工艺具有VOCs去除效率高、成本低等种优势并在VOCs的治理中发挥着重要作用,其核心在于VOCs吸附功能材料研制,因而基于活性炭具有原料来源广泛、孔隙结构发达、可回收利用等优点则常作为吸附剂被应用于VOCs治理。综述活性炭吸附工艺在VOCs治理领域的研究及技术应用进展,阐述活性炭吸附VOCs的关键影响因素及改性方法,并总结当前活性炭吸附VOCs的工艺技术、再生方法及应用现状,旨在为活性炭的选择及工艺控制提供理论指导。在活性炭选择上,应根据VOCs性质及外部工况选择具有合适结构的活性炭,同时须开发具有疏水性质的活性炭。在实际应用中,开展多种吸附工艺耦合为未来VOCs吸附工艺发展的重要方向;但由于VOCs成分的复杂性,可根据实际合理选择1种或多种VOCs治理工艺与吸附工艺联用以保证治理效果。对于吸附VOCs至饱和的活性炭,应从经济性及再生效果等方面进行考量从而对活性炭进行合理再生、补充或更换。

活性炭吸附及模块化物理净水工艺在引江原水嗅味处理中的应用

在引江原水夏季出现嗅味及国家对于嗅味指标严格要求的背景下,探索“多介质-活性炭-超滤”模块化物理净水工艺对引江原水中二甲基异莰醇的去除效果。结果表明,粉末活性炭对二甲基异莰醇的去除效果随其投加量的增加而逐渐升高,结合实际生产工艺情况,可在取水泵房前配水井处设置粉末活性炭投加点,吸附去除嗅味物质。“多介质-活性炭-超滤”模块化物理净水工艺可有效解决引江原水嗅味问题。

活性炭吸附对参芪扶正稀释液四种指标成分含量的影响

为探索不同批次活性炭对参芪扶正稀释液中指标成分的吸附规律,本文首先建立了腺嘌呤、腺苷、毛蕊异黄酮苷、黄芪甲苷等四种指标成分含量的HPLC检测方法,并进行了方法学考察。结果表明腺嘌呤、腺苷、毛蕊异黄酮苷、黄芪甲苷分别在2.5~15 µg/mL、5~30 µg/mL、5~30 µg/mL、0.1~0.8 mg/mL范围内线性关系良好。吸附动力学实验研究结果表明,不同批次活性炭吸附速率及平衡吸附量均存在较大差异。另外采用拟一级动力学和拟二级动力学对活性炭吸附过程进行建模,发现拟二级动力学能更好地拟合活性炭吸附过程。 To explore the adsorption law of different batches of activated carbon on the indicative constituents in the dilution of Shenqi Fuzheng Diluent, HPLC method for the detection of the content of four indicative constituents, including adenine, adenosine, calycosin 7-o-glucoside, and astragaloside A, was established, and the methodology was evaluated. The results showed that adenine, adenosine, calycosin 7-o-glucoside, and astragaloside A had a good linear relationship in the ranges of 2.5~15 μg/mL, 5~30 μg/mL, 5~30 μg/mL and 0.1~0.8 mg/mL, respectively. The results of adsorption kinetic experiments showed that there were great differences in the adsorption rate and equilibrium adsorption amount of different batches of activated carbon. In addition, the activated carbon adsorption process was modeled by pseudo-first-order kinetics and quasi-second-order kinetics, and it was found that the quasi-second-order kinetics could better fit the activated carbon adsorption process.

污泥活性炭对染料的吸附动力学研究

以城市污水处理厂脱水污泥作为原料,采用化学活化法(ZnCl2作为活化剂)制得污泥活性炭,全面研究了污泥活性炭对活性艳红K-2BP、酸性大红GR和直接紫N这3种染料的吸附动力学行为.结果表明,污泥活性炭可以有效地吸附染料,实现污泥的资源化;3种染料的平衡吸附量qe均随着染料初始浓度和温度的增大而增大,相同条件下平衡吸附量qe的大小顺序为:酸性大红GR>活性艳红K-2BP>直接紫N;伪二级动力学模型能够很好地描述3种染料在污泥活性炭上的吸附动力学行为;对于活性艳红K-2BP和直接紫N,颗粒内扩散过程是该吸附速率的控制步骤,但不是唯一的速率控制步骤,吸附速率同时还受颗粒外扩散过程的控制,而对于酸性大红GR,颗粒内扩散过程不是吸附速率的控制步骤;污泥活性炭对3种染料的吸附是一个吸热过程,吸附活化能较小,主要为物理吸附过程.

活性炭汞吸附动力学及吸附机制研究

在固定床吸附反应器内对一种商业活性炭进行了汞吸附实验,考察了入口汞浓度和吸附温度对活性炭吸附汞的影响。采用4个简化的吸附动力学模型,即内扩散模型、准一阶和准二阶动力学模型,耶洛维奇(Elovich)模型从动力学的角度探讨了入口汞浓度和吸附温度对汞吸附的影响机制。分析了汞吸附过程的机制和控制过程。结果表明:入口汞浓度的增加,或者吸附温度的降低,均有利于活性炭对汞的吸附,其主要原因是提高了颗粒内扩散速率、初始吸附速率以及准一级反应速率。汞吸附过程主要由化学吸附控制,主要分为表面吸附和内扩散吸附2个阶段,初始吸附阶段呈现较快吸附速率,该阶段和表面吸附有关;随着表面活性位被占据,颗粒内扩散起主要控制作用,吸附速率下降。

活性炭纤维对活性染料的吸附动力学研究

研究了活性炭纤维从水溶液中吸附4种活性染料(活性艳红K-2BP、活性翠蓝KN-G、活性金黄K-3RP、活性黑KN-B)的吸附特性,从动力学角度探讨了吸附机理.结果表明,活性炭纤维对4种染料的平衡吸附量qe均随着初始浓度和温度的增加而升高,相同条件下,qe的大小顺序为:活性艳红>活性金黄>活性黑>活性翠蓝.吸附过程符合伪二级吸附速率方程,染料分子的空间结构、大小和极性是影响初始吸附速率的主要因素.活性炭纤维对4种染料的吸附活化能都比较低,依次为16.42、3.56、5.21和26.38 kJ.mol-1,说明吸附过程以物理吸附为主.

氯霉素在活性炭上的吸附平衡与动力学

为去除水体中残留的氯霉素,采用生物相容性佳的活性炭作吸附剂,测定了25,30,35℃下氯霉素在自制活性炭上的吸附平衡与动力学,并与商用竹炭作对比。结果表明高比表面积活性炭是去除水体中残留氯霉素的高效吸附剂,活性炭的吸附容量随着吸附剂比表面积和孔容的增大而增大,但随温度从25,30到35℃升高而减小,自制高比表面积活性炭的吸附容量达到3种市售活性炭样品吸附容量的10倍以上;Freundlich吸附等温线方程可较好地描述氯霉素在活性炭上的吸附平衡,准二级方程是用来描述氯霉素在活性炭上吸附的合适动力学模型,并通过拟合得到了其动力学参数。随着温度的升高吸附容量逐渐减小。本研究为活性炭对水体中残留氯霉素的吸附处理提供了科学依据。

电增强活性炭纤维吸附有机污染物的动力学研究

研究了在电极化条件下,几种具有代表性污染物质在活性炭纤维上的电吸附动力学特性.结果表明,各种污染物的电吸附动力学比较好地符合Lagergren一级吸附动力学,其平衡吸附量在电极化下的增加量各不相同.在400mV的极化电位下,苯酚钠的吸附量从开路时的0.008 3mmol.g-1增加到0.18 mmol.g-1,增加了17倍;而对硝基苯酚的吸附量从开路时的2.93mmol.g-1降到2.65 mmol.g-1.在-400mV的极化电位下,苯胺的吸附量从开路时的3.60 mmol.g-1增加到3.88 mmol.g-1;而十二烷基苯磺酸钠的吸附量从开路时的2.20 mmol.g-1降到1.59 mmol.g-1.说明不同取代基的苯衍生物,电吸附改变量不相同,供电子基团的单取代苯,正极化都能明显增强其吸附量;但是吸电子基团的单取代,正负极化对吸附量的影响都很小;供体-共轭桥键-受体型结构的苯衍生物,正负极化都使其吸附减弱但吸附速率加快.静电作用在离子型污染物的电吸附中表现明显.

活性炭纤维吸附石化废水中苯酚的吸附平衡及动力学

以活性炭纤维(ACF)为吸附剂,研究了ACF对石化废水中苯酚的吸附平衡及动力学。在25、40、55及65℃下测定了吸附平衡等温线,采用Langmuir、Freundlich和Redlich-Peterson等温方程对吸附平衡数据进行了拟合,结果表明吸附平衡数据更符合Langmuir与Redlich-Peterson方程。体系温度从25、40、55升高到65℃时,ACF对模拟废水中苯酚的吸附能力随温度升高而降低,而ACF对石化废水中苯酚的吸附能力并不完全随温度升高而降低。ACF对石化废水与模拟废水中苯酚的吸附过程均符合拟二级动力学方程。颗粒内扩散模型对吸附动力学实验数据的拟合结果表明,吸附初期吸附速率主要受颗粒内扩散控制且石化废水中苯酚吸附的kid随温度升高而增大,吸附中后期吸附速率除了受颗粒内扩散控制外还受到外扩散的影响。热力学分析表明,石化废水中ACF吸附苯酚过程的ΔG<0,由于石油类物质对苯酚吸附的影响,温度升高ΔG的数值变化不大。

SO_2在活性炭表面的吸附平衡和吸附动力学

基于固定床反应器研究烟气中SO2在活性炭表面的吸附平衡和吸附动力学。结果表明:活性炭吸附SO2在初始阶段呈现较快的吸附速率,该阶段和表面吸附有关;随着吸附的进行,表面活性位逐渐被占据,吸附速率下降,粒内扩散起主要作用;在接近吸附饱和阶段,SO2吸附量增加缓慢,SO2吸附与H2SO4的脱附有关。与2 mm活性炭相比,0.075 mm活性炭呈现较快的SO2吸附速率和较高的吸附量;随着SO2体积分数的增加,SO2初始吸附速率和平衡吸附量增加。SO2在活性炭上的动态吸附符合Bangham吸附动力学模型。用Langmuir和Freundlich吸附等温线模型拟合吸附数据,发现Freundlich模型能够很好地预测SO2在活性炭表面的吸附平衡。

直接耐酸性枣红在脱硅稻壳活性炭上的吸附热力学与动力学特性

以稻壳为原料,磷酸为活化剂制备了脱硅稻壳活性炭。探讨了浸渍比、磷酸浓度、活化温度和活化时间对活化效果影响。结果表明,制备脱硅稻壳活性炭的合适工艺条件为:浸渍比为2∶1、磷酸浓度为50%、活化温度为500℃、活化时间为1 h。通过X射线衍射、比表面、Fourier红外光谱、X射线能谱和高分辨透射电子显微镜等技术对脱硅稻壳活性炭进行了表征,并从热力学和动力学角度,研究了脱硅稻壳活性炭对水溶液中直接耐酸性枣红的吸附行为。热力学研究表明:脱硅稻壳活性炭对直接耐酸性枣红的吸附符合Langmuir等温吸附方程,吸附焓变为61.31 kJ.mol-1,吸附自由能变为-39.99^-28.71 kJ.mol-1,吸附熵变为297 J.mol-1.K-1,该吸附过程是一个自发的吸热过程。动力学研究表明:脱硅稻壳活性炭对直接耐酸性枣红的吸附动力学符合颗粒内扩散方程,测得其表观活化能为33.34 kJ.mol-1。

活性炭对正丁烷的吸附动力学研究

以木屑为原料、磷酸为活化剂,经过碳化、活化两步法制备的丁烷吸附炭,并考察了活性炭的吸附时间、正丁烷流量和吸附温度的变化对正丁烷吸附性能的影响;研究了活性炭在不同温度下的吸附动力学行为。实验证明,活性炭吸附正丁烷是一个吸附与解吸并存的快速物理吸附过程。正丁烷流量显著影响活性炭的吸附速率和吸附时间,但不影响活性炭的饱和吸附量(qe)。活性炭对正丁烷的饱和吸附量随着温度的升高而降低,表明正丁烷在活性炭上的吸附为放热反应。活性炭对正丁烷的吸附动力学行为遵循班厄姆动力学方程,其相关系数R2均>0.99,通过班厄姆方程计算得到的qe与实验得到的qe非常接近,通过拟合可以得到理想的吸附速率方程。

SO_2在活性炭上的吸附平衡、动力学及热力学研究

为深入研究SO2在活性炭上的吸附过程,基于固定床反应器研究了某商业活性炭对烟气中SO2的吸附性能,考察了SO2体积分数、吸附温度对活性炭吸附SO2的影响,分析了SO2在活性炭表面的吸附平衡、吸附动力学和热力学特性。结果表明,随着SO2体积分数的增加,SO2初始吸附速率和平衡吸附量增加;随着吸附温度的增加,SO2初始吸附速率和平衡吸附量降低。活性炭对SO2的吸附平衡数据符合Langmuir和Freundlich吸附等温线模型;SO2在活性炭上的动态吸附过程符合Bangham吸附动力学模型。吸附热力学研究表明,吸附过程中焓变为-19.21 kJ/mol,吸附自由能变为-10.17^-9.29 kJ/mol,吸附熵变为-27.69^-27.17 J/(mol·K),该吸附过程是一个自发、放热、熵降低过程,升温不利于SO2在活性炭上的吸附。

NO在活性炭表面的吸附平衡和动力学研究

利用石英固定床反应器研究了程序升温反应(temperature programmed reaction,TPR)中NO在活性炭表面的转化率变化和等温条件下的NO吸附平衡和动力学。活性炭-NO的TPR结果和等温实验结果相一致。TPR(30～600℃)呈现3个温度区,分别对应化学吸附、过渡温度区和还原反应。用Langmuir、Freundlich和Temkin等温线方程分别拟合吸附数据,发现Langmuir方程能够很好地预测NO在活性炭表面的吸附平衡。使用颗粒内扩散方程、Langmuir速率方程和Elovich方程分别拟合动力学数据,结果表明低温时活性炭-NO的动力学符合Elovich方程,其机制由化学吸附控制,起始吸附速率随着温度升高而降低,吸附活化能随着吸附量增加而线性增大。高温时等温实验结果表明,活性炭-NO由还原反应机制控制。

粉末活性炭低温吸附氧化NO动力学研究

基于间歇式流化床反应系统研究流态化粉末活性炭低温吸附氧化NO的动力学。结果表明:O2存在时,活性炭作为吸附剂和催化剂,将NO氧化成NO2,达到稳定的NO转化率,粉末活性炭的性能优于颗粒活性炭的性能;稳定阶段NO的转化率随O2浓度、NO浓度的增加而增大,NO的氧化速率对O2的表观反应级数从0.9变化到0.2,对NO的表观反应级数为1.3;粉末活性炭低温吸附氧化NO过程包括NO二聚体(NO)2的生成和NO2的歧化反应。

水体净化用木质素基活性炭的制备及其吸附动力学

为研究木质素基活性炭的吸附机理,选用环境友好型木质素作为碳基原材料,通过溶液混合和浸渍沉淀相转化成膜技术制得硫酸盐木质素/醋酸纤维素复合膜(KL/CA-M),经高温炭化和磷酸活化处理得到吸附性能优异的木质素基活性炭,并对其结构、热性能和吸附性能进行测试分析。结果表明:活性炭的结构稳定,吸附性能优异;最佳制备工艺条件为木质素质量分数为50%的复合膜为初始基膜,最佳炭化活化温度800℃,活化时间60 min,磷料质量比为1,该条件下所得木质素基活性炭比表面积达1 375.649 m2/g,微孔体积为0.714 m3/g,对亚甲基蓝的吸附量达到157.24 mg/g,远高于商品活性炭;木质素基活性炭对亚甲基蓝的吸附属于放热过程,吸附行为兼具有单层和多层吸附的特点;吸附过程包括物理吸附和化学吸附共同作用,且受多个扩散过程控制。

甲烷在成型纳米活性炭中的吸附动力学特性

为提高天然气储气装置的单位体积储气量,模压成型的大尺寸吸附剂得到越来越多的应用,有关甲烷在这种吸附剂的吸附动力学问题也成为关注热点。采用差压穿透实验,在较宽广的温度和压力范围内测量了甲烷在成型纳米活性炭中吸附过程的表面扩散系数,利用Maxwell-Stefan模型分析了表面扩散、Knudsen扩散和黏性流扩散对总吸附过程的影响以及与温度和压力变化的相关性,并根据实验结果导出表面扩散系数的经验关联式。研究结果表明,在实验温度和压力范围内,表面扩散对甲烷在纳米活性炭型炭中的吸附过程起主导作用,但在低压条件下Knudsen扩散也非常重要。随压力升高,表面扩散系数趋于定值,而黏性流扩散作用持续增强,成为吸附过程的重要影响因素。

活性炭对二硫化碳和水的共吸附动力学行为的热重研究

用热重法研究了５ 种国产活性炭对水蒸汽和二硫化碳的吸附动力学行为．发现其动力学行为均遵循Ｂａｎｇｈａｍ 方程和Ｅｌｏｖｉｃｈ 方程所描述的规律，但Ｂａｎｇｈａｍ 方程更为优越．水蒸汽在活性炭上的平衡吸附量受温度影响非常严重，二硫化碳和水蒸汽在活性炭上的总平衡吸附量与单独吸附二硫化碳的量相比，因活性碳的种类不同而各异，这主要跟活性炭的孔结构及表面化学性质有关．

粉状活性炭流化床吸附SO_2的实验研究及吸附动力学分析

对粉状活性炭在循环流化床内的脱硫特性进行了实验研究,结果表明:活性炭表面化学特性对脱硫性能具有重要影响;C/S摩尔比是影响脱硫率的重要参数,随着C/S摩尔比的增加,脱硫率迅速增加,但其吸附速率迅速下降;粉状活性炭具有较高的吸附速率,但随着吸附时间的延长,活性炭的吸附容量和吸附速率迅速衰减,12 s后基本不再具备吸附能力;采用Bangham模型进行拟合,得到的模拟值和实验值吻合良好。

活性炭吸附性能新指标在实际水处理工艺中的应用

以单宁酸和腐殖酸吸附值作为活性炭吸附性能新指标进行生产性试验的验证,在建立生物活性炭吸附作用模型的基础上,对工艺运行60 d内活性炭的有机物吸附值（UV254和CODMn）进行了曲线拟合,结果较好地符合吸附模型,相关系数R2为0.606 4~0.786 1。对工艺中选取的5种活性炭进行有机物吸附试验,将吸附容量与传统选炭指标碘吸附值和亚甲基蓝吸附值,以及新指标单宁酸和腐殖酸吸附值进行相关性分析。结果表明传统指标与5种活性炭生产试验中的吸附容量之间不存在明显的相关性,而新指标与5种活性炭的吸附容量之间有较好的相关性：以UV254的变化值表示活性炭的吸附容量时,单宁酸及腐殖酸吸附值与其的相关系数R2分别为0.705 4和0.816 9;以CODMn的变化值表示活性炭的吸附容量时,单宁酸及腐殖酸吸附值与其的相关系数R2分别为0.632 5和0.701 3。