蒋婷
无锡新视野环保有限公司，江苏 无锡 214000
摘要：环境中有许多挥发性有机物，如果任其发展，它们不仅浪费资源，而且严重污染环境，危害人类健康。活性炭因其价格低廉，制造工艺方便，吸附容量大，脱附再生容易，去除率高，已成为有机物管理中的优良吸附剂。本文介绍了处理有机物的主要技术的优缺点，影响活性炭吸附处理有机物的主要因素以及活性炭的表面改性的研究现状和进展。
关键词：挥发性有机物；治理；活性炭吸附法；应用
国民经济的持续增长极大地促进了工业进程，也改善了人们的生活质量，但同时也造成了更严重的污染。因此，国家需要进一步提高主要污染物的处理效率，以确保人们生活的安全。挥发性有机化合物是一种空气污染物，其造成的污染极为严重，一直是公众关注的焦点。活性炭吸附过程是可以有效控制挥发性有机化合物的一种措施，不仅操作更加方便，而且污染控制中的能源消耗小，具有很强的环境保护性，因此，其在挥发性有机化合物的处理中的用途非常重要。
1 挥发性有机物及治理技术概述
挥发性有机化合物是指在20℃下饱和蒸汽压大于0.13kpa（包括0.13kpa）的有机化合物。它们主要是由于有机溶剂，诸如石油行业，油罐厂和工业用废气等行业中的使用而产生的。有关数字显示，我国每年排放挥发性有机化合物120万吨，造成的经济损失近几十亿元。另外，大多数挥发性有机化合物包含有毒元素，可通过呼吸道进入人体，对健康构成极大危害。在这种情况下，有机物的处理引起了世界各国的关注，也开发了许多处理方法和技术，其中活性炭吸附剂就是主要原因之一。具有挥发性的有机化合物控制必须首先从产品的生产和过程控制这个根本点出发,选择清洁生产方式和低挥发性的有机化合物原料,并通过自主开发和设计各种替代原料来避免污染。
此外,有必要通过加强对有机化合物进行末端加工,将具备一定经济效益的工艺、装卸后的废气等方式进行再次回收和利用。根据相关法律法规,处理很多难以回收或不能再利用的废气。挥发性的有机物治理技术目前已经是整个我国主流的处理方式,以往终端气体处理技术包括了吸收,燃烧,冷凝和吸附等过程,而新开发的处理技术则包括了生物膜分离法。在正常的条件下,工业生产过程中释放的挥发性有机化合物的质量浓度范围为100mg/m3至2000mg/m3，在达到标准后，这些中等和较低的有机物浓度可以通过吸附和吸收过程以及其他有机溶剂来回收和释放，如果无法回收，则应通过焚化生物工艺等方法进行纯化，直到达到标准为止再进行处理。上述吸附方法主要用于处理低浓度的挥发性有机化合物。对于其他挥发性有机物处理技术，可以为无法通过其他方式分离的混合物选择此过程，以去除低浓度的有毒和有害物质和元素，使用方便，并且不会造成二次污染，在加工后，可以达到回收有机溶剂和再利用吸附剂的目的。在此阶段最常用的吸附剂包括活性炭和硅胶等。近年来，使用活性炭纤维和碳衍生的木炭处理挥发性有机化合物引起了公众的关注，活性炭比其他吸附剂更具优势，例如，它具有较宽的孔径分布，先进的微孔和高吸附效率，它可以吸附不同分子大小的物质，并提取挥发性物质，如苯、氯仿等，当有机和非极性特性使其对非极性物质的吸附具有选择性时，它可以提供最佳结果。同时，活性炭原料成本低，数量充足，且制造工艺简单，因此被广泛用于处理低浓度，风量大的挥发性有机化合物。特别是通过磷酸法从木材颗粒获得的活性炭具有高吸附能力，具有低解吸残留物的优点，在治理环境过程中,它具有实现经济效益和生态环境保护等优势,在世界各地广泛应用于挥发性有机化合物加工。
为了大大提高其清洁效率,经常把传统的活性炭吸附技术与其他清洁工艺相结合使用,较常见的吸附方式是浓缩冷凝/催化燃烧。前者在完成了热气中的挥发性有机物之后使用了活性炭对其进行脱附,并在低浓度完成了脱附后的高浓度挥发有机物经过空气冷凝器处理后再回收,该处理方法主要适合于处理所选定的低浓度挥发性有机物,它不能广泛应用于低浓度挥发性有机物。后者是应用于将来自热气中脱附的大量浓缩挥发性有机化合物输送到催化燃烧床中,以便于进行催化和燃烧。
使用活性炭作为过渡金属催化剂的介质和载体,挥发性有机物可以在低温和低氧水平下催化燃烧，然后转化为二氧化碳和水，此方法适用于气体浓度，例如苯和醛，低含量和相对稳定的挥发性有机物废气处理[1]。
2 挥发性有机物治理中活性炭吸附法的应用
2.1 变压吸附
变压吸附主要用于恒温、无热源的情况下，以周期性调节系统中的压力，从而在不同压力下发生吸附和脱附的循环过程。根据不同的操作模式，变压吸附可以分为两种主要类型，第一种是选择平衡吸附的类型，通过范德华力的差异用普通活性炭分离，第二种是通过速度选择的分离方式，用活性炭的特殊分子筛通过差异来分离分子吸附率。吸附通常在常压下进行，脱附过程是通过降低操作压力和排空来实现的，脱附期间的真空度越大，脱附越容易。然而在实际上，高真空对吸附系统提出了更高的要求并且消耗了更多的能量，因此，在检查了吸附的成本和质量之后，行业通常选择8kpa至10kpa的脱附压力。另外，变压吸附技术具有高度的自动化程度，并且可以循环操作。但是，它必须不断承受压力并在运行过程中减小，这对设备提出了更高的要求，因此，它被广泛用于高档溶剂回收应用中[2]。
2.2 变温吸附
变温吸附本质上是吸附剂平衡吸附容量特性的应用，同时伴有温度的升高和降低，它主要在室温下吸附，在高温下脱附。活性炭的吸附过程可以看作是吸热过程，温度升高后，它具有较高的脱附能力。当其被高温蒸汽脱附时，脱附温度通常限制在100°C至200°C，如果从整个吸附过程来看，被吸附物质是低分子烃或沸点低的芳族化合物，它可以直接用水蒸气脱附，然后冷凝并回收。如果是吸附能力较小的有机物质（如苯），则用热空气将其清除并脱附后再吸附。
2.3 变温－变压吸附
变温-变压吸附是一种新技术，结合了变温吸附和变压吸附两种技术的优点，并以变压吸附技术为载体，提高了变压脱附后的脱附温度。通过提高床层温度并降低柱压，可以实现更好的脱附，并显著提高活性炭的再生效率。相关研究表明，在比较热氮脱附和真空减压脱附的优势以及两种技术的合理结合后，CH4Cl2的回收率可达到80％，真空脱附后，活性炭床的温度降低，从先前的90℃降至60℃，下一个循环的冷却时间也相应缩短[3]。
2.4 变电吸附
变电吸附是一种用于清洁和分离气体的新技术，它们的基本性质是变温吸附。但是，它与先前的吸附方法有很大的不同，通过用电能加热饱和的吸附剂来实现带波动电的吸附的脱附过程，并且焦耳效应产生的热量导致被吸附物排出，该技术具有简单的加热系统，可以将能量直接输送给吸附剂，具有良好的加热效果，可以显着降低能耗，独立控制气体流量和吸附剂加热速率，热流的方向和质量流的方向相同，这使得脱附的效率更高。该成本低，选择变电脱附的成本可降低50％。
3 结语
随着环境的持续恶化，《环境保护法》和有关法规的颁布以及对空气污染的控制，促进了环境保护行业，尤其是挥发性有机物管理市场更好的发展。活性炭吸附法是处理挥发性有机物的最佳方法。将来用于处理挥发性有机化合物的活性炭的需求将继续增加，并且对质量的要求将更加严格。因此，有必要有效地使用活性炭吸附法，并根据工艺要求选择合适的吸附法，以确保挥发性有机化合物的净化效果，避免空气污染的恶化，并保障人民的健康安全。
参考文献：
[1]税永红.活性炭吸附法在挥发性有机物治理中的应用研究进展[J].纺织科学与工程学报,2020,37(03):125-132+124.
[2]樊文博.挥发性有机物治理中活性炭吸附法的应用分析[J].山西化工,2019,39(02):134-136.