活性炭纤维在有机废气治理中的应用研究

胡叶叶

（安徽皖欣环境科技有限公司，安徽 合肥 230601）

我国常见的大气污染物目前主要来源于挥发性有机气体，挥发性气体对于环境和人类生活产生了消极的影响，所以挥发性气体的治理和研究是人类可持续发展的重要因素。目前各种治理新技术和新的研究理论已经有了较好的发展，但是创新管理体系及创新性研究仍然需要进一步探索和规划，从而达到人与科技进步之间的平衡。

1 有机废气的治理现状及进展

从可持续发展的角度看，钢铁、化工等行业排放的废气若不进行二次加工就直接排放，环保工作将无法有效开展，从而阻碍了可持续发展的目标。因此，有机废气的处理已成为全社会的热点话题。

有机废气治理技术包括吸附法、吸收法和燃烧法。这三种方式虽然在我国长期运用当中已经占据了主导地位，但是由于这三种技术的局限性较大，治理效果不明显，往往只适用于挥发性小的废气处理和中高浓度的废气治理。因此，需要对这几种技术进行综合探讨，同时还要不断加强技术创新。目前相关技术部门正在吸收国外的先进技术和方法，并将其转化成具有中国本土特色的技术体系，使之能够更好地发挥出挥发性气体治理的重要作用。在相关部门和生产单位的实际治理和研究过程中，为了降低成本、提高生产效率，往往形成各自不同的管理标准和技术手段，在管理中使用的技术多种多样，难以达到预期的管理效果。与此同时，大部分企业都是采用了更加经济的治理技术，并从源头对污染进行管理和把控，但是，由于各个排放量大的行业尚未在行业内形成一套统一的生产技术标准和管理体系，各企业的相关部门不能积极对不同设备进行改造升级，因此，造成了有机废气处理进展缓慢，甚至出现本末倒置的情况[1]。

2 活性炭纤维的生产与制备

2.1 原料生产

活性炭纤维对有机废气具有吸附作用，具体原理是气体里的有机物能够被活性炭纤维吸附和截留，从而达到净化的效果。除此之外，活性炭纤维良好的再使用率也减轻了原料生产的压力。当活性炭纤维吸附到达饱和状态以后，仍然可以进行脱附再次使用，通过释放活性炭纤维吸附的有机化合物，使得活性炭纤维再生。在生产过程中脱附的办法有很多种，一般采用热脱附工艺。首先利用热蒸汽带走有机物，再利用压缩空气对活性炭纤维进行干燥，干燥后的活性炭纤维可以再次使用，且再次使用时吸附性依然可以达到初次使用的80%以上。但是，由于技术水平和其他方面的限制，目前的再次使用次数不足，截止到目前，还没有哪种方式可以保持活性炭良好的再生能力，大部分活性炭纤维的脱附再生仅仅可以维持2到4次，后续的吸附能力与前几次相比明显不足。因此，活性炭解吸再生技术的研究与开发仍需要相关人员的持续努力。

2.2 制备工艺

一般活性炭的生产制作工艺有四种：浸渍、氧化、活化、碳化。其中最重要的工艺是活化工艺，这项工艺将直接影响活性炭的表面积和孔径分布的大小，通过浸渍和混合将其活化，在反应池中将惰性气体加热，使碳元素形成小分子，从而形成孔结构。在这种吸附过程中，由于活性炭纤维的微孔含量十分充足，且孔径很窄，由于其表面具有丰富的微孔，所以吸附和脱附的能力都比较强。在表面积大的活性炭纤维中，含有一定的含氧基团，容易与所吸附的物质接触，使扩散阻力变得更小，吸附能力更强。在吸附气体时，只要短短的数十秒就可以完成，在进行液体的吸附时，仅仅耗时几分钟到几十分钟就可以完成，所以活性炭纤维的吸附能力在废气吸附中得到了充分体现，对于氮氢这类浓度低不宜收集处理的气体具有很好的吸附作用。在处理浓度低、高流量的气体时，往往成本高、投资大、装置占地面积大。吸附法符合可持续发展的要求，能更加有效地处理沸点低的化合物和浓度低的有机废气并进行回收，所以在实践过程中，对活性炭纤维的有机处理具有重要意义。

3 活性炭有机废气治理技术的具体分类

3.1 活性炭纤维吸收技术

在活性炭纤维中分布着吸附能力较强的碳原子，可以构成比较好的表面固态薄膜结构，能够充分发挥其对有机废气治理的作用。其优点是物理和化学结构比较标准、含碳量高、毛孔丰富且表面积比较大，在实践中效果良好，值得广泛应用。在新型的技术和理念下，碳纤维表面有较多的空间，对于净化空气具有明显的作用，一旦遇到污染物后将自行产生较大的呼吸性间隙，可将废气直接吸收，同时还会主动释放出碳原子，保证物理反应和化学反应的标准化和合理化，且活性炭的净化性和再生功能相比于其他材料更具有环保性。

3.2 催化燃烧技术

催化燃烧处理技术简称为AOGC，该技术是在温度低的情况下，利用催化剂氧化分解废气中的可燃组分，应用该技术时会有三个不同的因素影响应用效果，为起燃温度、燃烧进行中的温度及热回收率。催化燃烧技术废气处理方式的优点在于气体燃烧时不会产生明火，安全系数相对较高；在燃烧过程中不会残留有害气体，燃料的消耗量较少，气体所含的有机物可以与一氧化碳中和，反应后产生的NO基本上可以忽略不计。催化燃烧法能够有效处理有毒有害等废气，可用于没有回收利用价值的废气处理当中。另外，燃烧法在燃烧过程中不会产生异味，异味消除效果比较好，并且对于热值以及可燃组分的浓度没有详细的限制和制约。

一般情况下我国的催化燃烧技术工艺大致可以分为三种：第一种是预热式，如图1所示。这种状态下需要在预热室进行气体加热，在热交换器中通过燃烧和净化进行废气的热交换，余热可以再一次得到回收利用。

图1 催化燃烧处理技术流程

第二种方式是利用自身的热平衡，过程如图2所示。一般状态下的有机废气排出温度可以达到300 ℃，因此，其自身就可以实现热平衡。

图2 自身热平衡式的催化燃烧过程

第三种方式为吸附-催化燃烧，这种处理方式需要消耗比较多的燃料，适用于温度低、浓度也比较低的情况[2]。

3.3 液体吸收技术

常用的有机废气治理技术还有液体吸收技术，这种技术对消除气体污染物的能力会强一些，而且工艺流程相对简单，操作也更加便捷，一般情况下大部分都是物理吸收。液体吸收法的应用原理主要是通过吸收剂与有机废气充分接触，促使吸收剂充分吸收有机废气中的有害物质，经过循环吸收，将吸收剂中的废气去除，并将剩余的吸收剂提取出来，从而保障吸收剂能够循环使用，达到节约的目的。现阶段在利用液体吸收法对有机废气进行处理的过程中会用到淋喷装置，是基于吸收剂的原理制作而成的，可以保障整体吸收过程能够高效配和。液体吸收法中常用于物理特性相似的物质，例如常应用于丙酮、甲醇等吸收剂，适用于溶于水的有机废气吸收。经相关专家学者研究发现，吸收剂大致可以分为三种不同的形式，包括有机溶剂、表面活性剂以及水，同时在科学技术的发展进程中也研发出了创新的环保吸收剂环糊精，众多的吸收剂能够适用于不同种类的废气处理。

3.4 微波催化氧化技术

在实际操作中，微波催化氧化技术相较于空气净化技术有更多优点，吸附性材料也有特殊的功能，能够不同程度地降低能源的消耗和浪费，极大地缩短废气的吸附时间和解析时间，且成本较低，吸附剂可以连续使用20次以上。微波催化氧化技术的应用主要是基于不同有机废气的组成以及吸附能力的差异，将各种差异性数据作为有效的依据，结合不断变化的周期压力，促使有机废气在高压过程中被分解净化。该技术具有相对较好的创新技术特性，其自动化应用效果得到了广泛普及。因此，微波催化氧化技术具有较好的发展空间，可以根据企业自身的发展对废气进行氧化处理，从而可以更好地提高废气治理效率并提升经济价值[3]。此外，微波状态下的半导体材料往往会存在着一定的自由基活性物质，此时应用微波催化氧化技术，当处于常温环境当中时能够避免有机废气处理过程产生毒气，具有较好的综合处理效果。

4 活性炭纤维在有机废气治理中的应用

4.1 活性炭粘胶纤维在ACF汽车尾气治理中的应用

汽车尾气作为现阶段我国有机废气中实际排放量相对较多的废气种类，我国制定了严格的处理控制制度，在相关制度当中更是对汽车尾气排放的有害物质浓度制定了严格的指标。因此对汽车尾气进行有效治理，减少汽车尾气的排放成为现阶段有机废气治理中的关键任务。在实际应用过程中，可以用粘胶剂ACF与GAC作为活性炭纤维中的吸附剂，借助于其中的活性炭床对汽车尾气进行吸附处理，并将吸附完成后的尾气应用气相色谱仪进行研究分析，发现经过吸附剂吸附处理后的尾气中，苯的浓度相较于吸附前的参数明显降低，并且ACF的空速相对较大，具有较强的吸附作用，应用活性炭粘胶纤维ACF对汽车尾气进行处理能够具有较好的吸附效果。

4.2 活性炭纤维在香烟过滤嘴中的应用

香烟中的焦油经过燃烧后释放出的甲醛以及丙烯醛等物质属于高沸点有毒物质，这种物质经过大量排放，会造成严重的有机废气囤积现象，进而对整体大气环境造成影响。经过研究分析发现，在吸烟过程中，吸燃的烟丝部分会产生大量的有毒物质，被吸烟者吸入到身体后会造成严重的危害。因此，在烟嘴部分应用活性炭纤维，过滤吸烟过程中的有毒物质，在保障吸烟者吸入相对较少的有害气体的同时，使排放的废气中有毒物质的含量也能够相应下降[4]。在香烟过滤嘴当中应用活性炭纤维，能够有效改变香烟废气中的氧态成分，进而在活性炭纤维的超强吸附作用下将有害物质储存在烟嘴中，避免流入吸烟者的身体或是空气中。在过滤嘴中应用的活性炭纤维的比表面积较为合理，处于适当密集的微孔效果，对焦油以及各种有害物质的过滤效果较好。同时，活性炭纤维能够适应香烟中不同分子的沸点，进而形成较好的吸附作用。

4.3 活性炭纤维在醋酸丁酯及环己酮混合废气处理中的应用

当前，很多企业在生产制造过程中会排放大量的废气，例如玻璃厂的玻璃纤维墙面装饰布的生产印刷，会有大量的混合废气排放，包括醋酸丁酯以及环己酮混合废气。而应用活性炭对该混合废气进行吸附处理时，是用四段循环操作方法，并结合水蒸气解析技术，将生产中的废气进行集中收集，完成后利用活性炭纤维进行净化，将净化后的气体进行冷凝，再次加热后形成水蒸气，分别将水蒸气与净化后的气体进行储存与排放，形成与水分离的有效处理，能够保障更高的净化治理效果。计算水蒸气的最终收集容量就可以确定醋酸丁酯以及环己酮混合废气的实际吸附净化量。

4.4 活性炭纤维在含烷烃废气处理中的应用

以活性炭ACF纤维材料为主对含烷烃废气进行吸附处理，形成完整的有机废气吸附、回收、净化流程。结合最终的吸附结果不难发现，在实际应用过程当中，如果含烷烃废气量在300 m3/h以内，且其中的实际烷烃含量处于1.34%范围时，应用活性炭纤维进行吸附处理能够达到88%以上的烷烃回收效果，以较好的经济效益实现良好的有机废气处理。二氯甲烷废气的排放通常情况下是在胶片生产以及印刷制造过程中，应用活性炭纤维进行吸附处理能够达到97%的吸附率，进而有效地改善了大气环境。

5 结语

综上所述，目前我国对于挥发性有机废气的治理越来越重视，设备更新和管理理念也越来越倾向于成熟化。但是就大环境而言，仍然存在一系列的问题和难点，虽然在传统的理念和技术上有了极大地进步，但相比于发达国家还有不小的差距。在以后的发展进程中，从业人员还要掌握更多的治理技术，不断更新设备及处理方式，保证处理效果，只有这样才可以更好地贯彻落实我国的可持续发展理念。