目前吸附剂对VOCs的吸附性能_vocs吸附材料性能对比
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目前吸附剂对VOCs的吸附性能
摘要：
挥发性有机化合物(Volatile organic compounds，VOCs)对环境的污染和人体的健康危害引起了极大重视，急需加以有效治理。其主要成分是烃类、氧烃类、含卤烃类、氮氟烃以及硫烃类、低沸点的多环芳烃类等。活性炭吸附法处理VOCs因具有经济有效的特点而成为最常用的污染控制方法。吸附法的关键在于吸附剂的性能，研究开发新型吸附材料对于VOCs的治理具有重要的意义。本文主要介绍几种吸附剂对VOCs的吸附技能。
关键词：VOCs、吸附性能、活性炭、硅胶
一、前言
VOCs是一类重要的大气污染物,对于环境有巨大的破坏作用。主要来源于精细化工、石油化工、制药、电子元件制造、印刷、制鞋以及汽车尾气等。其主要来源可以分为固定源和移动源,固定源包括生产过程,如石油化工、工业溶剂生产、制药、农药生产、油漆和涂料生产、印刷、金属漆包线生产、制革等;移动源包括汽车等交通工具排放的尾气等。VOCs对环境的极大危害和对人体健康的严重威胁,引起了世界各国政府的高度重视。
二、几种吸附剂对VOCs的吸附性能
1、硅胶
硅胶是常见的多孔吸附剂，硅胶的骨架（SiO2）是以硅原子为中心、氧原子为顶点的Si-O四面体在空间不太规则地堆积而成的无定形体。堆积时粒子间的空洞即为硅胶的孔隙。无定形体由2-20nm的球形颗粒组成，它们堆积起来就形成了吸附用的硅胶。硅胶不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。它的化学组份和物理结构，决定了它具有热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等特点。
硅胶是一种坚硬多孔的固体颗粒,是工业上常用的一种吸附剂。硅胶吸水容量很大,它从气体中吸附的水分量最高可达硅胶自身重量的50%。吸水后的饱和硅胶,可通过加热方法(573K)将其吸附的水分脱附,得到再生。在工业上硅胶多用于气体的干燥和从废气中回收极为有用的烃类气体。硅胶是属于亲水性的吸附剂,如细孔性硅胶在293K,相对湿度为60%的空气中,达到平衡时的吸附水分量为本身重量的24%。硅胶在吸附水分时由于水蒸气的凝缩热比较大,硅胶的温度可升至373K,在同样条件下活性炭的升温只有293-313K。
常用的普通硅胶价格较低，化学性质稳定且吸附后再生较容易，有较高的比表面积，具有较强的吸附能力,但大多亲水,有较强的吸水能力,所以对有机废气吸附能力差,但通过嫁接有机基团可以提高其疏水性能和对有机气体的吸附能力,并且能增加其吸附后的稳定性,因此将在环境治理方面存在很大的应用前景。
硅胶的吸附主要是物理吸附,具有吸附热小、吸附速度快、无选择性、吸附可以是多层的特点。由于硅胶的以上特点所以在有机废气吸附方面硅胶的应用并不多。
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2、活性炭
活性炭是应用最早,用途较广的一种优良吸附剂。用煤、木材、木屑、水果核、椰子壳等碳化制成。活性炭是孔穴十分丰富的吸附剂,比表面积在600-1400m2/g,活性炭的比表面积最大,故其具有优异的吸附能力。但是缺点是再生较为困难，如使用加热再生法处理炭损耗率高，如使用药剂再生法则处理成本高且易造成二次污染。活性炭可根据形态不同分为粉末、颗粒、纤维等种类，与活性炭颗粒相比，活性炭纤维由于具有较规整的微孔结构，不仅吸附容量大，而且容易脱附，然而其昂贵的价格，限制了它更广泛的应用。颗粒状活性炭对VOCs中不同的组分吸收能力差别较大,吸附强弱顺序为对二甲苯,甲苯、正丙醇、乙酸乙醋、吸附性能最弱的是乙醇和乙酸甲酯。
其去除效率高,比表面积大,性质稳定,物流中有机物浓度在1000PPM以上时,吸附率可达95%以上。活性炭又分颗粒状和纤维状两类,颗粒状活性炭孔径分布较广,除小孔外,还有100-1000A的中孔和0.5-5微米的大孔,处理气体要从外向内扩散,通过的距离较长,所以吸附和脱附都比较慢；而纤维状活性炭孔径分布小,而且绝大多数是15-30A的小孔,比表面积很大,由于小孔直接分布在活性炭表面,气体扩散距离短,因而吸附和脱附都快。为了提高净化效率,吸附法常和其它处理方法联合使用,从而使之取长补短,提高吸附效率,减少二次污染的可能。
3、沸石类Y型分子筛
活性炭吸附剂虽然对 VOCs 具有广谱吸附性，但存在可燃、孔道易堵塞和再生困难的缺陷，需要开发新的吸附剂来替代它。而沸石类Y型分子筛具有八面沸石笼状结构，具有水热稳定性好，比表面积大，微孔孔径适中的特点，是较理想的 VOCs吸附剂。
沸石分子筛具有大的比表面积和吸附容量，表面存在酸-碱中心，可以通过 调节材料的亲水和疏水性来控制其吸附性质；孔道中的特殊电场效应可以有效 激活反应物，单一的孔径分布可以有效地进行分子识别；并可通过同晶取代等 物理化学方法以及担载其他活性组分来修饰其物理化学性质。作为吸附剂或催 化剂在小分子有效捕获、择形催化、过渡态分子和产物分子的有效分离等方面 得到广泛应用。
首先，各种类型的分子筛的孔径和孔口大小都有一定界限，而能将比孔道 直径小的物质分子吸附在空腔内，而把比孔道直径大的物质分子排斥在外，从 而使分子大小不同的混合物分开，起到筛分分子的功能，分子筛也因此得名。
其次分子筛骨架中 Si 原子被 Al 原子代替时沸石骨架将带有负电荷，这种负电荷由处在骨架外的单价或多价阳离子来补偿，在吸附性能上呈现出对极性分 子有较高的亲和力，对于大小相近的分子，极性越大则越易被分子筛吸附；分 子筛吸附有机物分子的能力随着不饱和性增大而增加；分子筛的吸附能力强，吸附质浓度低和吸附温度较高的情况下仍能保持有较高的吸附能力，而普通吸 附剂如硅胶、活性氧化铝的平衡吸附量则受吸附质浓度影响较大，甚至在较高 吸附温度下丧失吸附能力，这种特点使得分子筛能广泛地应用于气体和液体的 深度干燥及净化过程中。这种孔道结构的易调变性与少有的整体稳定性使得分子筛从其他吸附剂中脱颖而出。
分子筛一直是化学研究领域的热点之一，广泛用于基本有机化工、石油化工的生产上，也常用于 SO2、NOx、CO、CO2，NH3，CCl4、水蒸汽和气态碳氢化合物
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废气的净化。
4、高聚物吸附树脂
有机吸附剂包括从非极性到强极性的各种高聚物吸附树脂。这类吸附剂比 表面积不高，一般在20-700 m2/g 之间，它们对有机污染物的吸附容量相对于活性炭而言要小，但它们的再生相对容易，在污染治理中也得到广泛应用。此外许多高聚物吸附剂对微波而言，属半透明物质，它不吸收或较少吸收微波，因此这类吸附剂可应用在吸附-微波脱附过程中。
三、总结
吸附技术应用于VOCs污染的控制具有明显的优点,其设备简单、操作灵活,是有效和经济的回收技术之一。特别是对较低浓度VOCs的回收,吸附技术更显示了其他处理技术难以媲美的效率和成本优势。
四、参考文献
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