活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭對氣流中去除甲乙酮的性能提升

　　空氣排放指標越來越嚴格和需要潔凈的空氣推動了廢氣凈化領域的持續發展。工業過程和溶劑使用造成的空氣污染屬于對環境有害的排放的重要來源，揮發性有機化合物(VOC)是空氣污染的主要成分。目前從氣流中去除VOC的技術例如，已經在使用的過濾、洗滌、冷凝、熱和催化氧化以及活性炭吸附。本次研究的是在室溫和大氣壓力下在空氣中運行的非熱等離子體與活性炭過濾器相結合，可以比單獨使用每種方法更好地去除氣流中的VOC，后面我們來進行測試驗證。

　　吸附實驗裝置和程序

　　所有測量中使用的實驗裝置如圖1所示。非熱等離子體是由介質阻擋放電產生的。選擇介質阻擋放電是因為它具有良好的適用性和可擴展性。它是通過堆疊式等離子體反應器與活性炭過濾器組合實現的。反應器由一個帶有四個電極的外殼組成，由介電板和金云母制成的墊片隔開。電極交替連接到高壓和地。高壓由可編程放大器和定制高壓變壓器來進行。使用數字示波器通過高壓探頭和10:1分壓器記錄電氣數據，以測量測量電容器上的電壓降。通過將此電壓降與電容器的電容相乘，計算轉移到等離子體中的電荷。

　　圖1:(a)實驗裝置(b)等離子體反應器的示意圖。

　　對于實驗，工藝氣體流過旁路直到濃度穩定。然后，氣體被引導通過實驗裝置，因此，或者通過等離子體反應器，或者通過具有下游活性炭過濾器的等離子體反應器。在濃度再次達到穩定值后，打開和關閉，每次5分鐘。重復該過程直到獲得可重現的結果。

　　用非熱等離子體和活性炭去除甲乙酮

　　根據關于非熱等離子體與活性炭的一些組合的結果的建議，就兩種方法的組合而言，組合的結果示于圖2中。陰影條顯示在使用干燥或潮濕空氣的操作中去除甲乙酮，重疊的白色條描述各自的能量產量。在干燥條件下，活性炭單獨提供了與非熱等離子體結果相似的去除效率。單獨的去除效果加起來幾乎完全消除了甲乙酮，尤其是對于潮濕空氣。相反，沒有觀察到顯著的協同作用。總體而言，調查確定了通過非熱等離子體與相當邊緣的活性炭過濾相結合，顯著降低空氣流中VOC處理費用的可能性。

　　圖2：在干燥和潮濕條件下，單獨使用等離子體、活性炭和使用活性炭的等離子體對甲乙酮的去除(彩色條)和能量產率(白色條)。

　　活性炭過濾器的另一個優點是從氣流中去除工藝副產品。這尤其適用于從等離子體中去除臭氧和一氧化二氮。臭氧的消除效果(干濕空氣分別為35%和48%)比一氧化二氮(干空氣和濕空氣分別為10%和11%)要好得多。這可以通過對一氧化二氮的吸附能力來解釋，一氧化二氮是所研究的物種中比較小的。N2O的分子量，尤其是極化率小于O3和甲乙酮的分子量，并且活性炭的吸附能力隨著這些各自的特性而增加。

　　濕條件下的去除效率通常高于干條件。這也特別適用于僅通過活性炭進行的過濾。在接近50%的相對濕度之前，活性炭對VOC的吸附能力與空氣中的水濃度相當無關。在較高的值下，活性炭吸附的VOC較少。然而，我們的結果表明，對于從干燥空氣到僅16%的相對濕度的變化，去除甲乙酮已經依賴于濕度。由于在實驗期間等離子體實際上是打開和關閉以比較有和沒有非熱等離子體操作的結果，已經提供給活性炭的反應性物質可能仍然存在于活性炭中，并促進顆粒表面的化學反應，甚至幾分鐘等離子關閉后。由于在干燥空氣的操作中未觀察到該效應，可能涉及氫物質，例如過氧化氫，或由羥基自由基引發的反應。

　　活性炭如何提高非熱等離子體從氣流中去除甲乙酮的性能，離子體工藝轉化了相當一部分甲乙酮，活性炭過濾器吸附另一部分甲乙酮。這些技術的組合增加了甲乙酮的去除效果，這與單獨技術的去除率相關。活性炭不僅可以去除等離子體過程的反應產物，還可以去除目標化合物。非熱等離子體和活性炭技術的結合融合了單獨技術的優點，以減輕它們各自的缺點，從而為處理受污染氣流的經濟性、易于使用和穩定的過程提供了一種策略。

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