CN101444722B

CN101444722B - 吸附剂热脱附再生方法及装置

Info

Publication number: CN101444722B
Application number: CN2008102264102A
Authority: CN
Inventors: 朱天乐; 樊星
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2028-11-10
Also published as: CN101444722A

Abstract

本发明公开了一种吸附剂热脱附再生方法及装置，所述方法借助电加热来加热吸附剂至200～270℃，使吸附质脱附下来；脱附气体借助热力作用上升与催化剂接触并被催化氧化为二氧化碳和水。所述装置允许脱附热气流循环多次通过吸附剂和催化剂，以确保脱附彻底，催化氧化完全，而且节省能源。脱附和催化氧化完全后，装置自然冷却至室温。脱附再生好的吸附剂可再用于吸附作业。本发明具有高效、节能、无二次污染等优点。适用于脱附再生已达吸附饱和状态的室内空气净化吸附剂，并使脱附气体无害化。

Description

吸附剂热脱附再生方法及装置

技术领域

本发明属于应用于公共卫生和环境保护的吸附剂脱附再生利用技术领域，尤其适用于对室内空气净化用吸附剂进行热脱附再生处理的方法及装置。

背景技术

吸附是净化室内空气所含甲醛和其他挥发性有机化合物的主要方法。目前用于室内空气净化的吸附剂有两种设置方式：一种是装载在室内空气净化器内部，让气流定向通过吸附剂，实现吸附脱除空气中甲醛和其他挥发性有机化合物之目的；另一种是将吸附剂装在一个包装袋内，将包装袋放置在室内甲醛和其他有害气体散发的位置，如家具的柜子、抽屉等，借助气体扩散作用吸附甲醛和其他挥发性有机化合物。无论采用何种设置方式，吸附剂使用一定时间后，都会达到吸附饱和状态，失去吸附空气中甲醛和其他挥发性有机化合物的作用。对于这些失效的吸附剂，目前主要有两类处理方式：一是直接抛弃；二是太阳曝晒再生。由于具有良好吸附性能的吸附剂通常价格较高，直接抛弃必然导致净化运行费用偏高。而太阳曝晒则因为曝晒温度较低，不足以使吸附在吸附剂表面的甲醛和其他挥发性有机化合物彻底脱附，从而导致吸附剂再生性能较差，另一方面，曝晒脱出的甲醛和其他有机化合物重新进入大气环境也会引起二次污染。因此，这两种方法都不是处理因吸附达到饱和状态而失效的吸附剂的理想方法。

发明内容

本发明针对现有室内空气净化用吸附剂再生存在的问题，提供了一种热脱附再生吸附剂的方法及装置，所述方法及装置基于热脱附再生吸附剂，并催化氧化脱附产物，防止二次污染。

本发明提供的吸附剂热脱附再生方法是借助吸附质的热脱附性能脱附吸附剂表面吸附质，室内空气净化用吸附剂主要对室内的甲醛和其他挥发性有机化合物进行物理吸附，因此在加热升温的作用下，吸附在吸附剂表面的吸附质就会脱附离开，使吸附剂恢复吸附能力，留作更换时重复利用。脱附下来的吸附质被催化剂催化氧化为二氧化碳和水，防止二次污染空气。具体步骤如下：

(1)将从用户回收的含有吸附质的吸附剂布置在多孔的电加热板上。

(2)将电加热板加热，并保持温度200～270℃，使吸附在吸附剂表面的吸附质脱附出来。

(3)脱附下来的吸附质在加热作用下形成热气流上升，并与预先设置在吸附剂上方的催化剂接触，吸附质被催化剂催化氧化。

(4)使热气流循环流过吸附剂和催化剂，处理15～30分钟，吸附剂表面的吸附质彻底脱附下来，并被氧化为二氧化碳和水。

(5)自然冷却吸附剂和催化剂，然后将吸附剂密封包装，供更换时使用。

为了确保脱附彻底，催化氧化完全，本发明还提供一种吸附剂脱附再生装置，所述装置为一个封闭的箱体，箱体内部设有内通道和外通道，催化剂所在的上腔体与待再生的吸附剂所在下腔体呈上下排列方式设置在内通道，内通道和外通道仅起气流流通的作用；加热并保持下腔体内的温度；借助热力作用，内通道内热气流向上流动，外通道内热气流向下流动，热气流多次循环通过吸附剂所在的下腔体和催化剂所在的上腔体，以实现吸附剂的彻底脱附，以及脱附后的甲醛和其他挥发性有机化合物的彻底完全氧化。

本发明的吸附剂脱附再生方法及装置具有如下有益效果：

(1)将吸附与体外再生相结合用于低浓度甲醛和其他挥发性有机化合物的净化，既解决了单独采用吸附存在的吸附剂寿命有限，更换新吸附剂造成的运行费用高等问题，又克服了原位再生产生的热空气不宜直接循环至室内的障碍。

(2)通过脱附再生装置对吸附剂进行再生处理，不仅可以确保每次吸附作业中吸附剂吸附容量的充分利用，而且可最大限度延长吸附剂的使用寿命。

(3)热气流循环多次通过吸附剂和催化剂腔体，一方面，可确保脱附彻底性，从而确保吸附剂脱附后的再吸附能力；另一方面，脱附的有害气体及时得到催化氧化处理，从而防止脱附的甲醛和其他挥发性有机化合物逸散，产生二次污染。

(4)本发明提供的吸附剂脱附再生方法，实现了长时间吸附、短时间体外再生，并热催化氧化脱附的有害气体，如此循环，既保证有限空间低浓度甲醛和其他挥发性有机化合物得到彻底净化，又节省了运行费用，降低了能耗，简化了操作，而且不存在二次污染问题。

附图说明

图1是本发明的吸附剂再生方法流程图；

图2是本发明的吸附再生装置结构示意图；

图3是图2的剖视图。

图中：

1.箱体 101.装卸料口 2.上腔体 3.下腔体

201.底板 301.底板 4.热电偶 5.控温仪

具体实施方式

下面结合附图对本发明的吸附剂再生方法及装置进行详细说明。

本发明提供的吸附剂热脱附再生方法，是借助电加热及控温仪来加热吸附剂下腔体内吸附剂至200—270℃进行吸附质的脱附；再借助热传导作用，以及热空气沿内、外通道的流动，使得脱附气体进入催化剂所在的上腔体被催化氧化为二氧化碳和水。方法流程如图1所示，具体方法有如下步骤：

(1)从用户处回收含有吸附质的吸附剂，并将其布置在多孔的电加热板上。

所述的吸附剂为用于室内空气净化的颗粒活性炭或表面浸渍氧化锰的颗粒活性炭，氧化锰负载量为2％～9％，吸附剂可以装载在室内空气净化器内部，也可以呈散装形式使用。

(2)通电加热电加热板，并保持温度200～270℃，使吸附剂表面的吸附质脱附出来。

(3)脱附的吸附质在加热作用下形成热气流上升，并与预先设置在吸附剂上方的催化剂接触，吸附质被催化剂催化氧化。

由于室内空间内的空气中主要含有的污染气体为甲醛和其它挥发性的有机化合物，所以根据吸附剂的类型，选择催化剂以活性Al₂O₃为载体，以Pt或Pd为活性组分，Pt或Pd的负载量为1～2％。

(4)使热气流多次循环流过吸附剂和催化剂，处理15～30分钟，吸附剂表面的吸附质彻底脱附，并被氧化为二氧化碳和水。

(5)自然冷却吸附剂和催化剂，然后将吸附剂密封包装，供更换室内空气净化吸附剂时使用。

所述的热脱附再生过程及热气流的循环都是在密闭的空间内进行的。

本发明还提供一种用于热脱附再生吸附剂的再生装置，该热脱附再生装置是一个封闭的箱体结构，箱体外表面设有隔热层。如图2所示，箱体1内设置上下两个腔体，上腔体2用于放置催化剂，下腔体3用于放置热脱附再生的吸附剂，所述上腔体2、下腔体3固定在箱体1的一个侧壁上，在该侧壁上对应上腔体2和下腔体3的位置上各设有装卸料口101，分别用于装卸催化剂和吸附剂。所述上腔体2的底板201为多孔透气结构，侧板为封闭结构，下腔体3的底板301为多孔电加热板，侧板也是封闭结构，即侧板无孔不透气。上腔体2的底板201同时也作为下腔体3的上顶面，上腔体2的上顶面与箱体1内空间相通，这样就在上腔体2和下腔体3之间形成封闭的内通道，而在两个腔体的侧板与箱体1内壁之间形成外通道，如图2所示。在所述上腔体底板201和下腔体底板301的中间设有测温热电偶4，热电偶4与箱体1外部设置的控温仪5耦合控制下腔体3内的温度。

当应用该热脱附再生装置的时候，首先将催化剂和吸附剂分别布置在上腔体2和下腔体3的底板201和底板301上，如图3所示，然后加热电加热板，吸附质从吸附剂上脱附下来并形成热气流顺着内通道上升至上腔体2，在上腔体2中被催化氧化为二氧化碳和水，夹带着二氧化碳和水的热气流继续上升后顺着外通道向下，并循环通过下腔体3和上腔体2，15～30分钟后，吸附剂已完全脱附，得到再生；关闭电加热，自然冷却再生装置到室温；取出再生好的吸附剂，并密封包装，供相同规格吸附剂腔体更换时使用。

本发明提供的吸附剂脱附再生方法，适用于有限空间环境的空气净化器，一般有限空间空气中含有低浓度甲醛和其他挥发性有机化合物，采用活性炭类吸附剂可物理吸附去除甲醛和其他挥发性有机化合物。当吸附剂吸附饱和后，应用本发明提供的吸附剂再生方法和装置进行吸附剂吸附性能的恢复，大大减少了消耗吸附剂所带来的运行费用提高和维护难度增大等问题。

实施例1

(1)将含有吸附质的吸附剂布置在多孔的电加热板上。

选取表面浸渍氧化锰的颗粒活性炭作为吸附剂，其氧化锰负载量为2％，吸附剂为散装式，即家庭常用的吸附剂包装袋结构的形式。将吸附剂布置在本发明所述的热脱附再生装置的电加热板上。

(2)通电加热电加热板，并保持温度270℃，使吸附剂表面的吸附质脱附出来。

利用所述箱体1外部设置的控温仪5加热下腔体3的多孔电加热板，使吸附剂温度升高至270℃，热电偶4用于监测下腔体3内的温度，并反馈给控温仪5，使下腔体3内的温度保持270℃。

根据吸附剂的类型，选择催化剂以Al₂O₃为载体，以Pt为活性组分，Pt的负载量为2％。

(4)使热气流多次循环流过吸附剂和催化剂，处理15分钟，吸附剂表面的吸附质彻底脱附，并被氧化为二氧化碳和水。

热气流顺着箱体1的内通道上升至上腔体2，在上腔体2中被催化氧化为二氧化碳和水，夹带着二氧化碳和水的热气流继续上升后顺着外通道向下，再次进入下腔体3加热，使得吸附质脱附，脱附后的产物上升被催化剂催化氧化为二氧化碳和水。热气流如此循环，最终将吸附剂表面的吸附质彻底脱附，并完全被氧化为二氧化碳和水。

关闭电源和控温仪5，使箱体1内的吸附剂和催化剂自然冷却，然后将吸附剂密封包装，供更换室内空气净化吸附剂时使用。

实施例2

(1)将含有吸附质的吸附剂布置在多孔的电加热板上。

选取表面浸渍氧化锰的颗粒活性炭作为吸附剂，其氧化锰负载量为9％，吸附剂为散装式，即家庭常用的吸附剂包装袋结构的形式。将吸附剂布置在本发明所述的热脱附再生装置的电加热板上。

(2)通电加热电加热板，并保持温度200℃，使吸附剂表面的吸附质脱附出来。

利用所述箱体1外部设置的控温仪5加热下腔体3的多孔电加热板，使吸附剂温度升高至200℃，热电偶4用于监测下腔体3内的温度，并反馈给控温仪5，使下腔体3内的温度保持200℃。

根据吸附剂的类型，选择催化剂以Al₂O₃为载体，以Pt为活性组分，Pt的负载量为1％。

(4)使热气流多次循环流过吸附剂和催化剂，处理30分钟，吸附剂表面的吸附质彻底脱附，并被氧化为二氧化碳和水。

实施例3

(1)将含有吸附质的吸附剂布置在多孔的电加热板上。

选取表面浸渍氧化锰的颗粒活性炭作为吸附剂，其氧化锰负载量为5％，吸附剂为散装式，即家庭常用的吸附剂包装袋结构的形式。将吸附剂布置在本发明所述的热脱附再生装置的电加热板上。

(2)通电加热电加热板，并保持温度230℃，使吸附剂表面的吸附质脱附出来。

利用所述箱体1外部设置的控温仪5加热下腔体3的多孔电加热板，使吸附剂温度升高至230℃，热电偶4用于监测下腔体3内的温度，并反馈给控温仪5，使下腔体3内的温度保持230℃。

根据吸附剂的类型，选择催化剂以Al₂O₃为载体，以Pd为活性组分，Pd的负载量为1.5％。

(4)使热气流多次循环流过吸附剂和催化剂，处理22分钟，吸附剂表面的吸附质彻底脱附，并被氧化为二氧化碳和水。

Claims

1.吸附剂热脱附再生方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、从用户处回收含有吸附质的吸附剂，并将其布置在多孔的电加热板上；

步骤二、通电加热电加热板，并保持温度为200～270℃，使吸附剂表面的吸附质脱附出来；

步骤三、脱附的吸附质在加热作用下形成上升热气流，并与预先设置在吸附剂上方的催化剂接触，吸附质被催化剂催化氧化；所述催化剂以活性Al₂O₃为载体，以Pt或Pd为活性组分，Pt或Pd的负载量为1～2％；

步骤四、热气流多次循环流过吸附剂和催化剂，处理15～30分钟，使吸附剂表面的吸附质彻底脱附下来，并被氧化为二氧化碳和水；

步骤五、自然冷却吸附剂和催化剂到室温，取出吸附剂，并密封包装，留作更换时使用。

2.根据权利要求1所述的吸附剂热脱附再生方法，其特征在于：所述的吸附剂为用于室内空气净化的颗粒活性炭或表面浸渍氧化锰的颗粒活性炭，氧化锰负载量为2％～9％。

3.根据权利要求1所述的吸附剂热脱附再生方法，其特征在于：所述的热脱附再生和热气流循环是在一个密闭的条件下进行。

4.根据权利要求1所述的吸附剂热脱附再生方法，其特征在于：所述的吸附质为甲醛和其它挥发性有机化合物。

5.一种用于实现权利要求1所述的吸附剂热脱附再生方法的装置，其特征在于，该装置是一个封闭的箱体结构，箱体内设置上下两个腔体，上腔体用于放置催化剂，下腔体用于放置热脱附再生的吸附剂，所述上腔体和下腔体固定在箱体的一个侧壁上，而且在上腔体和下腔体上各设一个装卸料口，分别用于装卸催化剂和吸附剂；上腔体和下腔体之间形成气流内通道，两个腔体与箱体的内壁之间形成气流的外通道；上腔体的底板为多孔透气结构，下腔体的底板为多孔透气电加热板，两个腔体的侧板均采用无孔不透气结构。

6.根据权利要求5所述的热脱附再生装置，其特征在于：在所述上腔体的底板与下腔体的多孔电加热板之间设有测温热电偶，热电偶与箱体外部设置的控温仪耦合控制装载吸附剂的下腔体的温度。

7.根据权利要求5所述的热脱附再生装置，其特征在于：所述箱体外表面设有隔热层。