活性炭纤维在废气处理中的应用

张 强

（江苏绿源工程设计研究有限公司 江苏连云港 222000）

活性炭具有较好的吸附性，利用活性炭制品对废气进行吸附处理是目前主要的废气处理手段之一。相比于前两代活性炭产品（PAC和GAC），活性炭纤维具有更加优异的性能，在废气处理领域展现出明显的优势。活性炭纤维的微孔结构直径小于2nm，且分布密度大。与同体积的PAC和GAC相比，活性炭纤维具有更大的表面积。这些独特的结构使得活性炭纤维的吸附能力远远优于PAC和GAC，吸附量也有跨越性的增长。另外，由于废气中的颗粒物体在炭纤维上的微孔内扩散所受到的阻力较小，活性炭纤维具备相当快的吸附速度。在进行脱附处理时，活性炭纤维也比一般活性炭产品快了许多。活性炭纤维表面存在有不同特性活性基团，这些活性基团使活性炭纤维具有了特殊的性质和能力。

1 活性炭纤维分离污染物

有机挥发性气体（VOC）包括氧烃、氮烃以及芳香族化合物等沸点较低的有机化合物气体。目前空气中的该类污染物主要来源于化工企业以及石油工业等。有机挥发性气体对自然环境和人体健康有着较大的危害，在排放到环境中之前需要进行废气处理。而活性炭纤维吸附法是处理该类废气的主要方法之一。活性炭纤维孔隙率高，且可通过对活化条件的调整和控制，使其吸附效果达到最佳。

Fuertes等展开了以酚醛树脂炭化形成的活性炭纤维对丁烷的吸附能力的研究。实验表明，在丁烷具有较高浓度的情况下，活性炭纤维的吸附容量主要受材料的孔容积影响，而当浓度足够低时，活性炭纤维的粒度和比容也会在一定程度上影响其吸附容量。Debasuah Das等研究了在不同条件下的活性炭纤维吸附有机挥发性气体的能力，并与硅胶、GAC等其他吸附剂进行了横向比较，通过理论分析和实验验证，成功建立了活性炭纤维对VOC吸附性能的数学模型。李左江等对活性炭纤维吸附有机溶剂蒸汽性能进行了研究，并用改进的Yoon-Nelson曲线对其吸附规律进行了描述。根据其研究成果，活性炭纤维的高传质系数使其具备了更快的吸附速度。而刘军等研究了气态三氯乙烯在活性炭纤维层的穿透特性，实验表明活性炭纤维较大的比表面积使得其吸附能力大幅增长，而温度升高或湿度增大都会降低活性炭纤维的吸附能力。

2 处理氮氧化物和氧硫化物

对于一些无机小分子气体，活性炭纤维同样具有一定的吸附效果。不过在实际废气处理中，一般需要对活性炭纤维的表面进行改性处理以提高吸附效果。

活性炭纤维表面的活性基团使其具有了氧化或者还原能力。利用经改性处理后的活性炭纤维对含二氧化硫的废气进行处理，可以收到较好的效果。经活性炭纤维吸附的二氧化硫在催化氧化的活性基团作用下，氧化形成H2SO4，并以这种形式在脱附过程中被分离。这种脱硫效果是硅胶、GAC等吸附剂所无法比拟的。

Mangun等研究了氨活化的活性炭纤维对二氧化硫的吸附能力，并与一般活性炭纤维进行了横向比较。实验结果表明，氨活化处理的活性炭纤维在物理结构和表面化学性质上与一般活性炭纤维均有着显著差别，这些差别直接影响到活性炭纤维对于二氧化硫的吸附效果。Cheol-Min Yang等研究了PAN基活性炭纤维对一氧化氮的吸附效果，结果表明一氧化氮的吸附效果与活性炭纤维含氮涂层量成正相关，而高温处理也可对其吸附效果产生积极的影响。Soo-Jin Park等对经银或镍处理后的ACF与未经处理的ACF对NO的吸附效果进行了比较和研究。结构表面，经处理后的ACF产生了一些结构上的变化，吸附能力得到显著的提升。

3 活性炭纤维回收物料

由于活性炭纤维的吸附容量大，不仅可以用于去除废气中的污染物，同时也可用于回收一些有价值的物料。目前利用活性炭纤维进行物料回收的试验已经在国内外广泛展开，甚至已经在一些化工企业投入使用。

李宝瑛等利用活性炭纤维对含二氯乙烷的模拟废气进行了吸附试验。该试验将完成吸附的活性碳纤维利用水蒸气进行再生，烘干后进行重复吸附试验。连续三次再生，活性炭纤维的吸附曲线变化并没有产生较大的变化，从而得出活性炭纤维的可以重复再生并保持吸附性能稳定。浙江某锦纶厂以活性炭纤维吸附法对废气中的环己烷进行了净化回收，并取得了较为理想的效果。该环己烷回收系统已经实现了自动化，实现了活性炭纤维的再生和环己烷的有效回收，回收率接近90%，既满足了排放标准，又提高了资源利用率和经济效益。

4 结语

尽管活性炭纤维在废气处理中具有独特的优势，但受到目前技术水平的限制，其在工业生产中的应用仍然有不少问题。活性炭纤维较高的生产成本使其目前仍未能在实际生产中得到广泛推广。对于一些特定污染物，活性炭纤维的吸附效果也并不够理想，在一定程度上限制了其发展。目前诸多研究表明对活性炭纤维进行表面改性可以对其吸附性能产生较为显著的影响，活性炭纤维在废气处理中仍然具有广阔的发展前景。

[1]刘海玥,金迪.活性炭纤维在有机废气治理中的应用[J].科技向导，2012.

[2]黄华存,等.ACF表面改性及其脱除氮氧化物的研究进展[J].合成纤维工业,2006,29(6).