CN102476048A

CN102476048A - 处理气态污染物的活性碳纤维原位再生方法

Info

Publication number: CN102476048A
Application number: CN2010105533998A
Authority: CN
Inventors: 王爽
Original assignee: Dalian Chuangda Technology Trade Market Co Ltd
Current assignee: Dalian Chuangda Technology Trade Market Co Ltd
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2012-05-30

Abstract

本发明涉及处理气态污染物的活性碳纤维原位再生方法，特别是用于处理气态污染物的活性碳纤维再生。具体是利用低频交流电源在吸附装置内产生等离子体。等离子体振荡和电风作用将吸附质从活性碳纤维上振脱或吹脱下来，同时等离子体释放的热量为吸附质脱附提供脱附热。脱附后的气态污染物分子与放电产生的高能电子、核电粒子、自由基以及臭氧发生化学反应，最终被降解为无害气体排出，不产生二次污染。再生后的活性碳纤维保持了原有活性，可再次投入使用。本发明具有再生效率高、再生时炭损失量低以及再生后吸附活性不降低等特点。

Description

处理气态污染物的活性碳纤维原位再生方法

技术领域

本发明涉及处理气态污染物的活性碳纤维原位再生方。

背景技术

活性碳纤维是以粘胶基纤维、聚丙烯腈基纤维、沥青基纤维等纤维为原料，经高温碳化、活化工艺处理制成的新型吸附材料。与社会上曾经被认为比较好的吸附材料——粒状活性碳相比，活性碳纤维具有以下优异特性。1）比表面积大，有效吸附容量高。活性碳纤维的微孔丰富，比表面积达1000～2000m²/g，数倍于粒状活性碳。同时，活性碳纤维的微孔孔径较均匀，几乎都是有效孔，而粒状活性碳的孔径不均匀，并且有相当一部分是无效孔。因此，活性碳纤维的有效吸附容量（透过量达5%时的吸附容量）比粒状活性碳高10倍以上。2）吸附、脱附行程短，速度快；脱附、再生耗能低。粒状活性碳的直径比活性碳纤维大上千倍，且孔径分布较宽。被吸附的有机分子需要经过大孔和过渡孔的曲折路程才能进入微孔被吸附，显然行程要长得多，速度要慢得多。与之相反，活性碳纤维的孔径分布窄、行程短，因而使其吸附、脱附速度快，脱附速度快，脱附耗能低，而且能够更彻底的得到再生。因此，对于相同的有机废气处理，活性碳纤维的填充厚度和再生耗能仅为粒状活性碳的1/5至1/10就可以了。3）形状多样，便于工程应用。粒状活性碳的形状是类似绿豆粒大小的黑色颗粒。其工程应用往往只有在下支撑网（或填料）的支撑下和上防吹散网的网罩下，装填在吸附罐中的单一应用方式。这种单一的应用方式，不可避免的带来了废气通过的吸附层截面小，废气流速快，气阻大等缺点。活性碳纤维可制成布、网、毡、纸等多种形式，为工程应用提供了很大的灵活性与方便性。4）强度高、寿命长、不产生二次污染。活性碳纤维具有很好的柔韧性和较高的强度，经反复再生也不易粉化，对吸附回收的有机物和净化后的气体不会造成二次污染。

活性碳纤维吸附饱和后需再生循环使用。现有的再生方法主要包括加热再生、减压再生、吹扫再生、置换再生和溶剂萃取再生等。加热再生法是指将吸附饱和的吸附剂加热，随着吸附剂温度升高，分子运动加快，平衡吸附量减少，大部分吸附质就从吸附剂上脱附出来的方法。加热介质多为水蒸气，也可为热空气。加热再生多用于非极性吸附剂的脱附，如活性炭吸附净化有机溶剂蒸气后，既可采用此种方式脱附，并可回收有机溶剂。减压再生法是指减低饱和吸附剂周围气体的压力，使吸附质从吸附剂上脱附出来的方法。减压再生适合于变压吸附操作且平衡吸附量随吸附质分压为线性关系的场合。该方法需变压操作，且动力消耗大，因而在气态污染物的吸附净化中采用较少。吹扫再生是指用不被吸附的气体(惰性气体)吹扫饱和吸附剂床层，并将脱附出来的吸附质带走的再生方法。这种再生方法脱附程度差，且吹扫气体中吸附质浓度较低，回收困难。因此，该方法一般不单独使用。置换再生是指选择合适的气体(脱附剂)，将吸附质置换与吹脱出来的方法。这种方法需加一道工序，即脱附剂的再脱附，以使吸附剂恢复吸附能力。该法适用于对温度敏感的物质。溶剂萃取再生是指选择合适的溶剂，使吸附质在该溶剂中的溶解性能远大于吸附剂对吸附质的吸附作用，将吸附物溶解下来的方法。

以上再生方法均不同程度地存在着各种不足，再生过程中炭损失往往较大，再生后活性炭纤维吸附能力会有所下降，再生时产生的尾气如果处理不当会造成二次污染。

发明内容

针对上述再生方法的不足，本发明提供一种处理气态污染物的活性碳纤维原位再生方法，该方法再生效率高，炭损失量低，无二次污染。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。首先在吸附装置内设置电晕电极和接地电极，并使活性炭纤维置于电晕电极和接地电极之间；然后将电晕电极与交流电源相连，电晕电极和接地电极之间的电场使吸附装置内产生等离子体，等离子体振荡和电风作用将吸附质从活性炭纤维上振脱或吹脱下来；达到预先设定的再生时间后，将电晕电极与交流电源断开，再生结束。

所述的交流电源的频率约为150Hz，电晕电极与接地电极之间的电场强度为6 kV／cm，再生时间为4 min。

本发明是利用低频交流电源在吸附装置内产生等离子体，等离子体振荡和电风作用将吸附质从活性炭纤维上振脱或吹脱下来，同时等离子体释放的热量为吸附质脱附提供脱附热。脱附后的气态污染物分子与放电产生的高能电子、核电粒子、自由基以及臭氧发生化学反应，最终被降解为无害气体排出，不产生二次污染。再生后的活性碳纤维保持了原有活性，可再次投入使用。

本发明采用低温等离子体活性碳纤维原位再生方法，是因为等离子体具有以下特征：

1)等离子体振荡作用。如果在等离子体的某一局部区域里瞬间出现了正或负的空间电荷，那么这些电荷将开始振荡。等离子体振荡是由等离子体中粒子群的相互作用形成的有组织的集体运动。吸附在活性碳纤维上的气态污

染物分子会在等离子体振荡的作用下，从微孔中振出，实现脱附。

2)电风作用。在外加电场强度特别高的情况下，空气发生电离。由于同种电荷互相排斥，导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般来说分布是不均匀的，这使得空气中残存的少量离子发生加速运动。这些被加速的离子与空气分子相碰撞后，使更多的空气分子电离，形成电子雪崩。高速运动的电子与核电粒子会使其周围的空气发生气流扰动，进而形成电风，电风可将部分吸附在活性碳纤维上的气态污染物分子吹脱出来，实现脱附。

3)等离子体放热作用。按等离子体的热力学平衡状态，等离子体可分为完全热力学平衡等离子体、局部热力学平衡等离子体和非热力学平衡等离子体。非热力学平衡等离子体也称冷等离子体或低温等离子体，此类等离子体内部电子温度很高，可达上万开尔文，而离子及气体温度保持在300～500K，从而形成热力学上的非平衡性。本发明采用的是低温等离子体技术，但即使是低温意义下的等离子体，当放电时间足够长时，仍然能使电场中达到450～500K的较高温度，从而为脱附提供充足的脱附热。

4)等离子体降解作用。等离子体具有降解污染物分子的作用，其机理如下：其一，由电场产生的电子直接和污染物分子碰撞，从而使污染物分子电离、解离和激发；其二，各种活性基团和污染物分子之间发生化学作用，这些活性基团主要包括OH、H02和O原子，它们和污染物分子之间发生一系列的化学反应，形成C02和H20等对环境无害的物质。

5）等离子体中具有正、负离子，可作为中间反应介质。特别是处于激发状态的高能离子或原子，可促使很多化学反应发生。等离子体本身是一种良导体，所以能利用磁场来控制等离子体的分布和它的运动，这有利于化工过程的控制。等离子体中具有正、负离子，可作为中间反应介质。特别是处于激发状态的高能离子或原子，可促使很多化学反应发生。

本发明低温等离子体活性碳纤维原位再生方法与现有方法比较具有以下显著进步：

1)再生效率高。在电场场强6kV／cm，放电频率150-240HZ的范围内，再生效率达99％以上：

2)活性碳纤维再生炭损失量低。在最佳运行参数下，再生炭损失低于0.2％：

3)再生后吸附活性不降低。实验证明，经本方法多次再生后的活性碳纤维可保持原有吸附活性；

4)污染物原位降解，不需附加脱附气体处理装置，工艺简单，操作方便，不产生二次污染。

附图说明

图1是本发明的再生装置结构示意图

图2是本发明中电源频率对活性炭纤维再生效果的影响

图3是本发明中电场强度对活性炭纤维再生效果的影响

图4是本发明中再生时间对活性炭纤维再生效果的影响

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

吸附装置的具体结构如图4所示，包括壳体15、顶盖8、由多孔外筒7和多孔内筒5围成的环形吸附剂筒、设置在环形吸附剂筒内的活性碳纤维6。顶盖8与壳体15通过法兰相连接，吸附剂筒设置在壳体15内，活性炭纤维6设置在吸附剂筒内。

首先在吸附装置内设置电晕电极和接地电极，并将活性炭纤维置于电晕电极和接地电极之间，具体为：将壳体15和顶盖8处的连接法兰打开，将电晕电极12设置在吸附剂筒的中轴线上，接地电极13固定在壳体15的内壁上，绝缘内衬14置于接地电极13和壳体15之间。

然后将电晕电极与交流电源9相连，电晕电极和接地电极之间的电场使吸附装置内产生等离子体，等离子体振荡和电风作用将吸附质从活性炭纤维上振脱或吹脱下来。达到预先设定的再生时间后，将电晕电极与交流电源断开，再生结束。

上述低频交流电源通过电晕放电所形成的等离子体是一种低温非平衡态等离子体，其对脱附出来的气态污染物(如VOCs和恶臭气体等)具有很好的分解效果，不产生二次污染，能够真正实现活性炭纤维的原位再生。

Claims

1.处理气态污染物的活性碳纤维原位再生方法，其特征在于：首先在吸附装置内设置电晕电极和接地电极，并使活性炭纤维置于电晕电极和接地电极之间；然后将电晕电极与交流电源相连，电晕电极和接地电极之间的电场使吸附装置内产生等离子体，等离子体振荡和电风作用将吸附质从活性炭纤维上振脱或吹脱下来，脱附下的气态污染物进而被分解为无害气体；达到再生时间后，将电晕电极与交流电源断开，再生结束，其中，交流电源的频率为150Hz，电晕电极与接地电极之间的电场强度为6kV／cm，再生时间为4 min。