活性炭吸附挥发性有机化合物的研究进展

侯 博，陈思铭，江 波，白丽菊，孙文寿

(青岛大学环境科学与工程学院，山东 青岛 266071)

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)是大气污染物的主要成分之一，对人体和环境均会产生严重的影响。在人体健康层面，醇类(乙醇、异丙醇、正丁醇等)可对人体神经系统产生抑制作用，丙烯醛对人体黏膜有强烈的刺激性，苯及其衍生物会对人体造血功能产生巨大的危害。在环境污染层面，VOCs是引起全球变暖的主要原因之一，其中聚氯甲烷(PCMs)最具代表性，在100年期间内，PCMs的全球变暖潜能值(GWP)是CO的10～1 800倍；VOCs还是造成光化学烟雾和雾霾现象的前驱体，例如丙烯等在紫外光下与臭氧反应生成羟基自由基(·OH)，并与氮氧化物和硫氧化物发生光化学反应，生成光化学烟雾，同时氮氧化物和硫氧化物形成的硝酸盐和硫酸盐可与VOCs形成的有机气溶胶结合，产生雾霾现象。

VOCs来源广泛，据报道，我国VOCs排放源的行业分布范围较大，其中化学原料及制品制造业、医药制造业和交通运输设备制造业是三大主要VOCs排放源，包装印刷业、家居装修业、电子及通信业、食品加工及制造业、塑料制造业、电气机械及器材制造业、金属制造业等亦有较多排放。

目前，人们对VOCs脱除技术进行了大量的研究，其中吸附法是应用最早且最为成熟的技术之一，也是近年来一直研究和探讨的热点课题。该技术具有去除效率高、能耗低、工艺成熟、运行费用低和脱附后吸附剂可回收等优势，可用来净化大流量低浓度废气。吸附剂性能是决定VOCs脱除效果优劣的关键因素，目前广泛应用的VOCs吸附剂包括活性炭、沸石分子筛、活性氧化铝、硅胶、树脂、矿物黏土、有机金属骨架等。由于活性炭具有发达的孔结构、巨大的比表面积、稳定的物化性质、良好的吸附能力，且经济适用、易得，是现阶段最具有工业应用意义的吸附剂之一。

针对“活性炭对VOCs的吸附性能”这一研究主题，本文从活性炭的制备和改性技术、活性炭对VOCs的吸附性能、活性炭吸附VOCs的影响因素以及活性炭在实际工业中的应用等方面展开梳理与讨论。

1 活性炭的制备及改性

由于活性炭本身的C-C键为非极性键，因此相较于非极性和弱极性的VOCs，活性炭对极性VOCs的吸附效果要更低。所以根据不同性质的VOCs，对活性炭进行改性处理就显得尤为重要。表1给出了VOCs的分类、来源、结构性质、污染危害以及活性炭吸附效果。

1.1 活性炭的制备

活性炭的制备所用原材料种类丰富，包括木炭、木屑、椰壳、各种果核、农林副产品、煤、重质石油等。根据制备原料的不同可将活性炭划分为煤基活性炭、植物基活性炭和塑料基活性炭。其中，植物基活性炭的原料是最常见的，包括向日葵壳、榛子壳、玉米棒和葡萄茎等；煤基活性炭的原料主要为煤炭或者石油炼制过程中的含碳产物，如褐煤、沥青等；塑料基活性炭的原料主要有酚醛树脂、聚碳酸酯等。活性炭的制备工艺可分为炭化和活化两个步骤，炭化过程和活化过程的原理都是将活性炭中非碳元素去除，使活性炭表面部分物质气化蚀刻生成孔结构，提升比表面积。其中，活化主要分为物理活化法(如水蒸气法、空气法和CO法等)、化学活化法(如KOH法和ZnCl法等)、物理化学联合活化法。活性炭的结构和表面性质(比表面积、孔径分布、表面官能团等)与制备原料、炭化条件和活化条件息息相关，并决定了其对VOCs的吸附性能。

Izquierdo等以杏仁壳作为原材料，在400℃下通过HPO浸渍活化法来制备活性炭，结果发现1∶1浸渍比条件下制备出的活性炭比表面积可达1 128 m/g，含有羧基、内脂基和酚羟基等酸性官能团，酸性官能团的含量可达2.18 mmol/g，其对正己烷的吸附量可达493.81 mg/g；Bajwa等采用甘蔗渣作为原材料，通过水蒸气活化法制备活性炭，结果发现制备出的活性炭比表面积可达479 m/g，碱性官能团的含量为24 mmol/g，酸性官能团的含量为2 mmol/g，其对正己烷的吸附量为130 mg/g；赵晶以褐煤作为原料，通过磷酸和氯化锌两种化学活化法制备出两种高比表面积的活性炭，比表面积分别为965.22 m/g和695 m/g，对甲苯有着良好的吸附效果，两种活性炭对甲苯的吸附量分别为327 mg/g和224 mg/g；Yao等采用沥青作为原材料，在900℃下通过KOH浸渍活化法来制备活性炭，结果发现制备出的活性炭比表面积十分巨大，高达650 m/g，对苯酚的吸附量可达150 mg/g；常远等以聚乙烯树脂作为原料，采用水蒸气活化法制备了球形活性炭，结果发现制备出的活性炭比表面积高达1 506.32 m/g，微孔比表面积占92.1%，对乙酸乙酯的吸附量可达380 mg/g。表2为不同种类材料制备的活性炭对一些典型VOCs的吸附情况。

结合以上文献研究和表2中信息，可以发现不同的材料配合、不同的碳化工艺和活化工艺所制备出的活性炭孔结构和表面化学性质各有差异，对不同VOCs的吸附效果也各有高低。其中，植物基制备出的活性炭比表面积、总孔容和微孔容普遍高于煤基和塑料基，这是由于植物基材料在高温炭化过程中更易炭化，形成的碳材料灰分含量更低，孔隙更为发达。同时，还可以发现在更为重要的活化过程中， 以酸作为活化剂制备出的活性炭比以金属化合物作为活性剂制备出的活性炭具有更好的孔结构，而且酸性官能团的含量增加更多，其对极性VOCs的吸附效果更好；以碱作为活化剂制备出的活性炭，碱性官能团的含量更高，对非极性和弱极性VOCs具有较好的吸附效果；而物理高温活化(如水蒸气活化)制备出的活性炭比化学活化制备出的活性炭孔结构更发达，碱性官能团的含量很高，其对非极性和弱极性VOCs表现出更好的吸附效果。

表1 VOCs的分类、来源、结构性质、污染危害以及活性炭吸附效果

1.2 活性炭的改性技术

目前，活性炭的制备技术已经十分完善，因此相关研究更多集中在活性炭的改性技术方面。活性炭的改性是在已制备好的活性炭的基础上，再通过高温、酸碱或负载物浸渍等方法对活性炭进行处理，来增加活性炭的孔结构和改变其表面化学性质，从而进一步提高活性炭对VOCs的吸附效果。活性炭改性技术主要包括高温改性、微波改性、酸碱改性、氧化还原改性、负载物改性和等离子体改性等方法。

1.2.1 高温改性法

高温改性是通过直接高温加热的方法对活性炭进行改性的一种改性方法。由于高温改性存在受热不均匀和升温较慢等局限性，目前的研究中已很少单独使用，多与其他改性方式联合使用，来进一步减少活性炭内部杂质和改变表面化学性质。如兰福龙在800℃高温惰性气体氛围下对活性炭进行改性处理后对甲苯进行吸附，结果发现活性炭孔结构中杂质的含量减少，孔径的通透性有所增加，增大了活性炭与甲苯的接触面积，而且活性炭表面含氧官能团含量减少了18.7%，活性炭表面极性减少，对甲苯的吸附量增加了11.4%；Tsai等在无氧条件下对活性炭进行了500℃高温改性，并考察其对三氯甲烷的吸附效果，结果发现活性炭微孔孔容增加，比表面积可达807 m/g，对三氯甲烷的吸附量为373 mg/g；柯涛等在N氛围下对活性炭进行了高温改性，结果发现在850℃下改性后的活性炭碱性官能团的含量增加明显，对甲苯的吸附量提高了33.2%，对丁酮的吸附量提高了38.7%。

表2 不同种类材料制备的活性炭对典型VOCs的吸附情况

综上可知，高温改性可增大活性炭的比表面积和孔容，减少含氧官能团，降低活性炭表面极性，有利于吸附弱极性或非极性的VOCs气体。现阶段，高温改性一般多与其他改性方法联合使用，用来进一步去除活性炭的内部杂质，或者减少含氧官能团的含量。

1.2.2 微波改性法

微波改性是通过调节微波功率和辐射时间来控制活性炭表面化学成分或孔结构的一种改性方法。与传统加热法相比，微波加热属于内加热，加热效率更高。如Li等通过对活性炭进行微波加热改性，探究改性后的活性炭对丙酮的吸附效果，结果发现在600℃时活性炭的比表面积和微孔体积增加量最大，而且与未改性活性炭相比，酸性官能团的含量下降，碱性官能团的含量上升，对丙酮的吸附量增加了6.25%；Yang等同样通过微波辐射来改性活性炭，结果发现800℃改性后活性炭的比表面积下降，表面酸性官能团的含量减少，碱性官能团的含量增加，对甲醛的吸附量增加了15.1%；Qiu等在CO氛围下对活性炭进行微波改性，结果发现活性炭中孔体积增大，形成了分级孔隙结构，而且活性炭表面酚羟基和羧基逐渐减少，表面非极性增加，对甲苯的吸附量增加了8.81%。

综上可知，微波改性与高温改性的效果类似，可以增加活性炭表面的碱性官能团含量，同样有利于吸附弱极性或非极性的VOCs气体。但同时也要考虑高温对活性炭孔结构的破坏，避免对VOCs气体的吸附效果造成影响。

1.2.3 酸碱改性法

酸碱改性是用酸或碱的溶液浸渍活性炭，通过改变活性炭表面含氧和含氮官能团的含量，来提高活性炭吸附性能的一种改性方法。目前常用的酸性改性剂包括硝酸、次氯酸、磷酸和柠檬酸等，碱性改性剂包括氢氧化钾、氢氧化钠和氨水等。如刘寒冰等选用NaOH作为改性溶液对活性炭进行碱性改性，结果发现改性后的活性炭比表面积、微孔表面积和微孔孔容都有所提高，而表面含氧官能团的含量大幅下降，对甲苯的吸附量提高了39.2%；Tang等采用甲酸溶液浸渍活性炭，探究了其对丙酮的吸附效果，结果发现改性后活性炭的比表面积、微孔表面积和微孔体积减小，表面含氧官能团的含量增加，改善了其对丙酮的吸附效果，对丙酮的吸附量增加了13.3%；Kim等对活性炭进行HCl、HPO、CHCOOH、KOH和NaOH等酸和碱的浸渍改性，并对改性后的活性炭对BTX(苯、甲苯、二甲苯)和MEP(甲醇、乙醇、异丙醇)的吸附性能进行了研究，结果发现改性后的活性炭对不同组分气体的吸附效果都有一定的增加。

酸碱改性可以去除活性炭的杂质，增加活性炭的比表面积和微孔含量，但酸碱浓度过高可能会起到反作用，使活性炭表面受到侵蚀，降低其比表面积和微孔含量。酸改性会提高活性炭表面的酸性官能团的含量，提高活性炭表面的极性和亲水性，有利于对极性亲水VOCs的吸附；而碱改性会提高碱性官能团的含量，降低活性炭表面的极性，增加疏水性，有利于对非极性或弱极性疏水VOCs的吸附。

1.2.4 氧化还原改性法

活性炭表面的氧化改性是指在适当温度下，采用氧化剂对活性炭进行氧化，增加其表面含氧官能团的含量，从而增强活性炭表面极性的一种改性方法。常用的氧化改性剂有硝酸、双氧水、次氯酸、臭氧等。经过不同的氧化剂改性处理后，活性炭表面含氧官能团的种类和数量均有所不同。如Fang等采用过氧乙酸对活性炭进行浸渍改性，探究其对苯的吸附效果，结果发现改性后活性炭的比表面积大幅度增加，表面的羟基官能团含量增加，对苯的吸附效果提高，其吸附量增加了37.2%；Haydar等采用硝酸对活性炭进行氧化改性，并探究了改性活性炭对p-硝基酚的吸附效果，结果发现改性后活性炭的羰基官能团的含量增加明显，对p-硝基酚的吸附性能有很大的提高。

活性炭表面的还原改性与氧化改性相似，指在适当温度下，采用还原剂对活性炭进行还原，增加其表面碱性官能团的含量，从而改变活性炭表面化学性质的一种改性方法。常用的还原改性剂包括氮气、氢气和氨水，主要是以惰性气体氛围下对活性炭进行高温处理。如Mohammed等采用NH·HO对活性炭进行浸渍改性，探究其对苯的吸附效果，结果发现活性炭的比表面积和微孔体积有所降低，但活性炭表面的碱性官能团含量增加，对苯的吸附量提高了15.8%；Haghseresht等使用H和N对活性炭进行还原改性后，结果发现活性炭表面的碱性官能团含量增加，疏水性增加，对硝基苯、p-甲酚等VOCs的吸附能力显著增强；Li等同样采用NH·HO对活性炭进行浸渍处理，探究其对疏水性VOCs邻二甲苯的吸附效果，结果发现改性后活性炭表面的含氧官能团含量减少，其对邻二甲苯的吸收量增加了26.5%。

通过上述研究不难发现，氧化还原改性对活性炭表面官能团种类和含量的影响十分明显，这点与酸碱改性类似，氧化改性会增加活性炭表面的极性和亲水性，对极性亲水VOCs的吸附效果更好，而还原改性则会降低活性炭表面的极性，增加疏水性，对非极性或弱极性VOCs的吸附效果更好。

1.2.5 负载物改性法

负载物改性是将金属元素负载于活性炭表面上，通过负载物对吸附质的络合作用，从而来提高活性炭吸附效果的一种改性方法。负载物改性主要有两种方法，包括负载贵金属离子改性和负载金属氧化物改性。

负载金属离子改性的原理是将金属离子负载到活性炭表面，利用活性炭的还原性，将金属离子还原成金属单质或者低价态的金属离子，通过其对吸附质较强的结合力，来改善活性炭的吸附效果。常用来负载的金属离子有Ba、Cu、Fe、Ag和Mn等。如Yi等采用CuSO来浸渍改性活性炭，探究其对甲醇的吸附效果，结果发现改性后活性炭的比表面积和微孔体积都有所下降，但表面负载上了Cu，增强了其对甲醇的吸附效果，对甲醇的吸附量增加了16%；张双双采用CuCl来浸渍改性活性炭，结果发现改性后活性炭的比表面积和孔结构含量降低，但活性炭表面的Cu含量增加，对甲醛的吸附量是未改性活性炭的3.1倍；Pan等采用Al(NO)对活性炭进行浸渍改性，结果发现改性后活性炭的比表面积、微孔面积和微孔容积都有一定程度的降低，但表面负载上了Al(Ⅲ)，加强了对二氯甲烷的相互作用，从而提高了其对二氯甲烷的吸附效果，对二氯甲烷的吸附量增加了39.8%；夏启斌等采用FeCl和CuSO来对活性炭进行浸渍改性，探究其对二氯甲烷的吸附效果，结果发现改性后活性炭的比表面积、微孔表面积和微孔体积都有所下降，由于Fe和Cu对二氯甲烷有很强的络合作用，因此其对二氯甲烷的吸附量都有所提高，分别增加了26.7%和12.6%。

负载金属氧化物改性的原理则是在活性炭表面引入能与特定吸附质相结合的金属氧化物，由于其与VOCs分子有着很强的相互作用力，因此可以增加活性炭对特定吸附质的吸附性能。常用的负载金属氧化物有TiO、CuO、ZnO和MNO等。如Lei等采用Cu(NO)对活性炭进行浸渍改性，并在250℃下煅烧2 h来制备改性活性炭，探究其对甲苯的吸附效果，结果发现改性后活性炭的比表面积有所下降，羧基官能团的含量也有一定程度的下降，而羟基官能团的含量增加，而且活性炭表面有CuO生成，对甲苯的吸附量增加了72.8%；陈培煜在600℃下将FeO负载到活性炭表面，结果发现活性炭的比表面积略微提升了11.6%，并且对甲胺的吸附量可达206.49 mg/g，相较于未改性的活性炭提高了18.24倍；Zhou等将MgO、ZnO、CuO和ZrO负载到活性炭表面来探究其对丙酮、甲苯和甲醇的吸附效果，结果发现与原活性炭相比，负载后的活性炭有效地提高了对丙酮和甲醇的吸附能力，其中ZnO的改性效果最好，其对丙酮和甲醇的吸附量分别提高了141.2%和78.8%，而对甲苯的吸附效果提高得较低，只有27.4%。

通过以上研究不难发现，负载金属离子和金属氧化物对活性炭表面的化学性质改变很大，通过负载不同的金属离子或金属氧化物来增强活性炭表面对不同吸附质的结合力，可以有效地改善活性炭对VOCs的吸附效果。对于同种VOCs，不同的金属负载物改性后的活性炭对其吸附效果也有不同，因此可以通过选择与目标VOCs作用力最强的金属负载物来改性活性炭，从而达到其对目标VOCs的最佳吸附效果。但由于负载物会堵塞活性炭的孔道，使其比表面积和孔含量下降，故需要考虑浸渍浓度对其吸附效果的影响。

1.2.6 等离子体改性法

等离子体改性是通过两电极板的高压电流将板间的气体激发成为等离子体态，产生的原子、离子和自由基与活性炭表面的官能团进行反应生成新的官能团，从而对活性炭的吸附效果产生影响的一种改性方法。一般的等离子体改性剂有氧氮等离子体、CF等离子体等。如蒋浩等将活性炭纤维放置于等离子反应装置中进行改性，结果发现活性炭的比表面积增加了9.9%，表面酸性含氧官能团的含量增加了72.4%，活性炭表面极性增加，大大提高了其对邻二甲苯和间二甲苯等极性分子的吸附量，分别增加了580 mg/g和550 mg/g；Li等将活性炭在O氛围中进行等离子体改性，结果发现改性后活性炭的比表面积有所下降，但微孔体积增加了23.1%，表面酸性官能团的含量增加了20.4%，其对硝基苯酚(PNP)的吸附量提高了19.3%。

等离子体改性只局限于活性炭表面，不会影响活性炭本身的性能，可以很好地保护活性炭的结构。并且可以通过控制电极板之间的气体种类有选择性地改变活性炭表面的化学性质，从而选择性地吸附VOCs，是具有良好发展前景的新兴技术。

表3为上述研究中各种改性方法的工艺条件、改性活性炭性质以及对不同VOCs的吸附情况。

由表3不难发现，高温改性、微波改性、碱改性和还原改性可以增加活性炭表面碱性官能团的含量，降低活性炭表面极性，增强其对大多数醚类、脂类、烷烃类、芳香烃类VOCs的吸附效果，而酸改性和氧化改性会增加活性炭表面酸性官能团的含量，增加活性炭表面极性，改善活性炭对大多数醇类、醛类、酮类、酚类、酸类和卤代烃类VOCs的吸附效果；负载物改性则要考虑负载的金属物质与目标VOCs的亲和程度和反应作用等对活性炭吸附效果的影响。因此，在实际应用中可以通过不同的改性方法来改善活性炭吸附工艺中对不同VOCs的吸附效果，从而提高各种改性方法的处理效率，降低成本。此外，还可以将两种及以上的改性方法进行耦合，来减少单一改性方法的弊端，进一步提高活性炭对VOCs的吸附效果。

表3 各种改性方法的工艺条件、改性活性炭性质以及对不同VOCs的吸附情况

2 活性炭吸附VOCs的影响因素及效果分析

活性炭吸附VOCs的机理主要为孔填充，活性炭表面附近存在一个位势场,邻近的气体分子在场的作用下发生吸附。此外，活性炭本身含有丰富的官能团，这些官能团通过其本身的性质，与不同性质的VOCs产生“相似相吸”作用。因此，活性炭吸附VOCs的影响因素主要分为外因和内因。外因主要包括吸附质物性、温度、压力、气体流速和气体浓度等。其中，吸附质物性的影响更为显著，包括VOCs的分子量、沸点、饱和蒸气压、极性等。活性炭因其具有C-C非极性键，可归为非极性吸附剂，因而理论上易于吸附非极性吸附质分子。如Hsieh等在研究中选用了丙酮(极性分子)和正乙烷(非极性分子)作为吸附质，来考察分子极性对活性炭吸附效果的影响，结果发现活性炭对两者吸附行为的差异主要由分子极性决定。除此之外，VOCs的相对分子质量越大、沸点越高，活性炭对其的吸附量就越多。如Lee等以丙酮、甲基已基酮、苯和甲苯为吸附质，研究了VOCs的分子量和沸点对活性炭吸附量的影响，并根据吸附试验所得数据与各参数进行线性回归分析，结果发现活性炭吸附量与VOCs的分子量和沸点呈线性正相关关系。

内因主要指的是影响活性炭与VOCs分子之间相互作用的因素，包括活性炭的孔结构、比表面积、表面化学性质以及VOCs本身的性质，本文具体对内因做详细综述。

2.1 活性炭的孔结构

由于活性炭的微晶结构是非石墨微晶，因此活性炭具有发达的孔隙结构。活性炭的孔径分布范围很宽，微孔孔径小于2 nm，中孔孔径在2～50 nm范围内，大孔孔径大于50 nm。在活性炭吸附VOCs的过程中，微孔起主要作用，是吸附质的主要驻留场所；由于中孔在足够的蒸气压下会发生毛细凝聚现象，使其对大分子VOCs有较好的吸附效果，同时中孔还具有一定的传输作用；大孔则是VOCs分子进入活性炭颗粒内部的主要通道，是VOCs吸附速度的主要影响因素之一。图1描述了活性炭吸附VOCs的孔内传输过程，VOCs分子经过大孔和中孔的传导作用传输至内部微孔，通过微孔内壁面吸附力场的叠加，将VOCs分子吸附到微孔内。

图1 活性炭吸附VOCs的孔内传输过程[74]Fig.1 Pore transport process of VOCs adsorbed by activated carbon

2.2 活性炭的表面化学性质

活性炭的表面化学性质取决于表面的官能团的种类和含量，是影响活性炭吸附效果的重要因素之一。活性炭表面官能团主要可以分为含氧官能团和含氮官能团两大类，含氧官能团又分为酸性含氧官能团、碱性含氧官能团和中性含氧官能团。其中，酸性含氧官能团包括羧基、内酯基和羧酸酐等；碱性含氧官能团包括醌式羰基和吡喃酮基等；中性含氧官能团又称弱酸性官能团，包括酚羟基、苯醌基和醚基等。图2为活性炭表面几种典型的含氧官能团结构式。含氮官能团大多呈碱性，主要包括吡咯型、吡啶型、氮氧型和季氮型等，其结构式见图3。

图2 活性炭表面几种主要的含氧官能团结构式[76]Fig.2 Structural formula of the main oxygen- containing functional groups on the surface of activated carbon(1)羧基；(2)内脂基；(3)羰基；(4)酚羟基；(5)酸酐；(6)醚基

图3 活性炭表面几种主要的含氮官能团结构式[76]Fig.3 Structural formula of several major nitrogen- containing functional groups on the surface of activated carbonA.嘧啶型;B.吡咯型;C.季氮型;D.氮氧型

正是由于这些不同种类的表面官能团的存在，构成了活性炭内部孔隙中最主要的活性位点，这些活性位点的存在使活性炭表面呈现出不同化学性质，影响到活性炭与VOCs分子的结合能力，进而影响到活性炭的吸附性能。

活性炭表面的官能团种类和含量的变化都会影响活性炭表面极性，从而影响其对不同性质VOCs的吸附效果。一般情况下，活性炭表面官能团中的酸性官能团越丰富，对极性VOCs的吸附效率越高；而活性炭表面官能团中的碱性官能团越丰富，则对极性较弱的或非极性的VOCs有更好的吸附效果。

2.3 活性炭的比表面积

活性炭的比表面积包括外表面积和内表面积。活性炭的外表面积就是活性炭外部的表层面积，它占有的比重很少，而活性炭的内表面积是在活性炭制备过程中，微晶间产生的形状不同、大小不一的孔隙表面积之和，占据了几乎全部的比重。通常活性炭的内表面积越大，吸附空间越大，与VOCs的接触面积越大，对VOCs的吸附能力越强。

在活性炭内部，大孔的容积一般约为0.2～0.5 mL/g，表面积约为0.5～2 m/g；中孔的容积一般约为0.02～1.0 mL/g，表面积最高可达几百平方米；微孔的容积一般约为0.25～0.9 mL/g，全部微孔表面积约为500～1 500 m/g。由于活性炭内部微孔的表面积占总表面积的约95%，因此除了一些大分子无法进入外，它是决定活性炭吸附性能的主要因素。

3 活性炭在脱除VOCs中的实际应用

现阶段，国内活性炭吸附技术在VOCs脱除方面的应用已逐步成熟，在工业制造中也得到了广泛的应用。在大多数企业工厂中，多以活性炭与其他技术耦合的形式来对VOCs进行处理。例如：包装印刷行业中乙酸、甲苯、二甲苯、异丙醇和高沸点石油溶剂等VOCs的排放量较大，已有企业采用活性炭吸附—水蒸气脱附—冷凝回收的技术，对VOCs的净化效率可达90%以上；汽车涂漆行业中会产生大量的VOCs，包括二甲苯、醚、酮、酯醇和芳香烃等，已有企业采用预处理—活性炭吸附—脱附—催化燃烧净化技术，对VOCs的净化效率高达98.5%；在船舶涂装行业中会产生甲苯、二甲苯和乙酸乙酯等VOCs，已有企业采用蜂窝活性炭—热空气脱附—催化燃烧净化技术，对VOCs的净化效率大于95%。

综上可见，活性炭吸附VOCs适用于不同行业，且可与其他净化技术耦合，具有良好的净化效果。未来可以通过耦合新的技术、添加新型活性炭、采用先进的活性炭改性技术和改良吸附设备来进一步提高活性炭对VOCs的净化效率，降低能耗和投资成本。

4 结论

本文主要综述了活性炭的制备和改性技术、活性炭吸附VOCs的影响因素(活性炭的孔结构、表面化学性质和比表面积)以及活性炭在实际工业中的应用，得到如下结论：

(1) 活性炭对VOCs的吸附效果主要受其孔结构、表面化学性质和比表面积的综合影响，它们的差异主要是由于制备活性炭过程中采用的原材料、活化方法以及改性技术的不同所导致的。

(2) 现阶段，活性炭的制备技术已经十分成熟，市场上的活性炭容易买到且价格低廉，因此在活性炭脱除VOCs的实际应用中，脱除工艺的改进重心应更多地集中在活性炭的改性方面，故开发新的活性炭改性技术显得尤为重要。

(3) 由于不同产业排出的VOCs各有差异，因此对于不同性质的VOCs，需结合成本要求，可以采用适合的活性炭改性技术来提高其脱除效率。例如石油工业多排出烷烃类和芳香烃类VOCs，适合采用活性炭高温改性、微波改性、碱改性和还原改性方法，以及对此类VOCs有相互作用的金属或金属氧化物负载改性方法；又如建筑材料行业多排出醛类、醇类和酮类VOCs，则更适合采用活性炭酸改性和氧化改性方法，以及对此类VOCs有相互作用的金属或金属氧化物负载改性方法。

(4) 在目前看来，采用多种改性技术耦合或二次改性的方法相较于单一改性方法更有前景。例如在处理极性VOCs时，可以先采用酸改性处理活性炭增加孔结构和酸性官能团的含量，再负载合适的金属化合物后进行吸附；又如处理非极性VOCs，可以在碱改性后采用高温还原改性来进一步提高活性炭的吸附效果。因此，活性炭改性技术在实际应用中可以在这些方面进行更多的探索和研究。