活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭對油煙的吸附性能，很多餐飲業油煙中包含許多致癌物質如醛和多環芳香烴。一般用生物洗滌和催化劑來進行烹調油煙凈化，但復雜的操作條件和昂貴的成本是其主要的缺點。因此，迫切需要一種簡單好用的降解和處理油煙的方法�；钚蕴坑捎谄洫毺氐男阅鼙粡V泛應用，良好的孔結構和高的比表面積在在處理廢氣行業中大量使用。

　　油煙處理用活性炭是使用磷酸作為活化劑，并用微波加熱從生物質中制得活性炭�；蛘咄ㄟ^熱解碳化，然后在氮氣氛下活化生物質并用KOH活化來制備吸附劑。這種活性炭吸附劑可以很好地從水溶液中吸附六價鉻。

　　油煙吸附活性炭的制備和改性

　　在典型的實驗程序中，首先用水清洗農業廢料生物質，然后在12°C的烤箱中干燥12小時。然后，將干燥的生物質以1∶3的重量比加入到60%的磷酸溶液中。將混合物置于箱型電阻爐中以在10℃每分鐘的加熱速率下在500℃下碳化和活化2小時。當其冷卻至室溫時，收集產物并用去離子水洗滌直至溶液的pH接近中性。最后，將產品干燥并存儲在名為活性炭0的樣品袋中。

　　改性試劑是由FeSO4·7H2O和H2O2的制備溶液，并將溶液的pH值調節至3。將活性炭-0浸入改性試劑中，并在室溫下放置過夜。將所得產物用去離子水洗滌至中性，并在烘箱中于50℃干燥，并將相應的樣品稱為活性炭-1。

　　烹飪油煙中污染物的濃度測量

　　如圖1所示，在裝滿5g顆粒活性炭的采樣管的入口和出口處收集3分鐘的模擬烹飪油煙樣品。采樣重復3次。取出樣品管中的顆�；钚蕴浚�轉移到燒瓶中，并使用超聲儀用15mL四氯化碳洗滌5分鐘。收集清潔液并將其轉移到另一個燒瓶中(標記為A)。用10mL四氯化碳再次洗滌顆�；钚蕴�，并收集清潔液并將其轉移到燒瓶A中。

　　圖1：用生物質，活性炭0和1處理烹飪油煙的實驗設備示意圖。

　　實驗后結果與分析

　　圖2顯示了生物質、活性炭0和1對烹飪油煙的吸附穿透曲線。生物質、活性炭0和1的滲透時間分別為0.9、2.1和4.1小時，這表明活性炭1的作用時間在被測材料中較長。烹飪油煙的生物質、活性炭0和1的吸附量。烹飪油煙的生物質、活性炭0和1的吸附量分別為6.43、22.58和44.04mg/g，這表明活性炭1的吸附量比較大。因此，活性炭1表現出比活性炭0更好的吸附性能。

　　圖2：烹調煙氣的不同吸附劑的吸附穿透曲線。

　　進行了GC-MS分析，以鑒定生物質、活性炭0和1對烹飪油煙的吸附成分。發現烹調油煙的主要成分是醛和取代烯烴。我們分別對八家餐館排氣醛和酮進行了系統的研究，并發現，醛和酮(C1-C9)的濃度范圍和百分比C1-C3的比例高于40%。吸附分析表示活性炭1對所有油煙成分均表現出較好的吸附能力，這是由于改性試劑的影響導致了主要的化學吸附性能。但是，活性炭對醛的吸附能力比對取代烯烴具有更好的吸附能力。這是因為醛化合物是一類具有很強化學反應性的揮發性有機化合物，很容易被活性炭吸附。

　　為了進一步研究活性炭的吸附行為，通過比表面積和孔分析儀，SEM和FTIR對活性炭的形態和結構進行了表征。活性炭比表面積和多孔結構，與活性炭0相比，活性炭1的比表面積和孔體積減少，孔徑略有增加，這是因為用改性試劑處理后，CO2的部分多孔微結構因H2O2的氧化而坍塌了。圖3顯示活性炭的SEM圖像。大量物質被吸附在表面或填充在活性炭1的孔中(圖3(c1-c2))，這證明了活性炭1的比表面積和孔體積的減少。

　　圖3：三種材料的SEM圖像。生物質(a);活性炭-0(b);活性炭-1(c1)-(c2)。

　　與活性炭-0相比活性炭-1具有更好的吸附能力，因為它富含羰基和羧基，可以與蒸煮煙氣中的羧酸和醇反應以提高活性炭-1的吸附能力。而且，在活性炭-1的制備過程中，HO，Fe3+，Fe2+和H2O2等某些物質可能殘留在活性炭的孔的表面或內壁上。這些物質可以氧化和分解吸附在活性炭表面的大多數油煙污染物，從而提高活性炭的吸附能力。

　　為了處理油煙我們成功研發了一款活性炭，該活性炭被磷酸活化，然后調配的試劑進行改性，并研究了對烹飪油煙的吸附性能。結果表明，改性后的活性炭吸附效果好�；钚蕴康膬灝愇�附性能是由于改性后在表面上產生了大量的羰基和羧基。基于相似的相容性原理，分析了活性炭對不同類型油煙污染物的吸附效果。發現對強極性官能團的吸附作用遠大于對弱極性基團的吸附作用。與鐵硅酸鹽MEL沸石相比，活性炭在烹飪油煙的吸附方面也表現出更好的性能。

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