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氣相吸附中果殼活性炭的作用

文章出處:人氣:17發表時間:2018-12-6 11:21:39

時至今日,果殼活性炭不但在國防、制藥、化工、電子、環境保護及能源儲存獲得了廣泛應用,而且作為家用凈水劑、食品、飲料、冰箱除臭劑、防臭鞋墊和香煙過濾嘴等制品的核心材料,已經和人們的生活建立了密切的關系。本文章主要講述果殼活性炭在氣相中的應用:工業氣體的精制分離、有毒有害氣體的凈化、揮發性有機溶劑的回收和儲能技術。

果殼活性炭

工業氣體的精制分離

精制是在含有主要有效成分的介質中,用果殼活性炭吸附除去不需要的雜質成分,以提高產品價值的操作;分離是將幾種成分組成的氣體或液體,利用果殼活性炭的吸附作用分離成不同成分或成分組合的操作。

氣體分離技術從20世紀初開始發展,目前已廣泛應用。如空氣分離以制取氧、氮、氬及稀有氣體;合成氨池放氣分離回收氫、氬及其他稀有氣體;天然氣分離提取氦氣;焦爐氣及水煤氣分離獲得氫或氫氮混合氣等。科學技術的發展對氣體分離技術不斷提出新的要求,如經濟合理地提供各種純度的氣體,綜合利用工業廢氣以及進一步提純中間產品等。常用的方法有薄膜滲透法、吸收法、分凝法、精餾分離法、吸附法。

1、薄膜滲透法

利用混合氣體中各組分對有機聚合膜的滲透性差別而使混合氣體分離的方法。這種分離過程不需要發生相態的變化,不需要高溫或深冷,并且設備簡單、占地面積小、操作方便。

2、吸收法

用適當的液體溶劑來處理氣體混合物,使其中一個或幾個組分溶解于溶劑中,從而達到分離的目的,這種方法稱為吸收法。在吸收過程中,被溶解氣體組分為溶質(或吸收質),所用的液體溶劑為吸收劑,不被溶解的氣體為惰性氣體。

吸收法的基本原理是利用氣體混合物中各組分在吸收劑中溶解度的不同,從而將其中溶解度大的組分分離出來。

果殼活性炭用于工業氣體的精制分離

3、分凝法

分凝法亦稱部分冷凝法,它是根據混合氣體中各組分冷凝溫度的不同,當混合氣體冷卻到某一溫度后,高沸點組分凝結成液體,而低沸點組分仍為氣體,這時將氣體和液體分離即將混合氣中的組分分離。

4、精餾分離法

氣體混合物冷凝為液體后成為均勻的溶液,雖然各組分均能揮發,但有的組分易揮發,有的組分難揮發,在溶液部分氣化時,氣相中含有易揮發組分將比液相中的多,使原來的混合液達到某種程度的分離;而當混合氣體部分冷凝時,冷凝液中所含的難揮發組分將比氣相中的為多,也能達到一定程度的分離。雖然這種分離是不完全的,與所要求的純度相差很多,但可利用上述方法反復進行,使能逐步達到所要求的純度,這種分離氣體的方法稱為精餾。

在工業中,用精餾方法分離液體混合物的應用是很廣泛的,如石油煉制中,將原油分為汽油、煤油、柴油等一系列產品,氨水溶液分離、氫和重氫分離、氧和氮分離等,精餾方法特別適宜于被分離組分沸點相近的情況,因為用這種分離方法通常是大規模生產中最經濟的。

5、吸附法

氣體混合物的吸附分離是依靠各組分在固體吸附能力的差異而進行的。用來吸附可吸附組分的固體物質稱為吸附劑,被吸附的組分稱為吸附質,不被吸附劑吸附的氣體叫惰性氣體。工業吸附劑應具有下列性質:對吸附質有高的吸附能力;有高的選擇性;有足夠的機械強度;化學性質穩定;供應量大;能多次再生;價格低廉。日前主要使用的吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁及沸石分子篩。

圖1列舉一些常用吸附劑的特性:

圖1 常用吸附劑的特性

綜合上述幾種分離精制工業氣體的方法:從經濟效益、成本、設備和其效果來看。活性炭吸附法已經成功地應用于工業,工藝路線也比較成熟。

有毒有害氣體的凈化

大氣范圍很大,地球上大氣層厚約100km,通常將距地面約10km的對流層大氣成為空氣,尤其是9km以下的邊界層對人類的影響最大,是主要空氣污染區域。由于人類活動或自然過程,排放到大氣中對人類環境產生不利影響的物質,統稱空氣污染物。室外大氣的空氣污染物主要包括:粉塵/可吸入顆粒物、二氧化硫、氮氧化合物、一氧化碳等;室內空氣污染物主要包括:甲醛、氟利昂,廚房油煙(一氧化碳二氧化硫、丙烯醛、苯并(a)芘等)、煙草燃燒的煙霧(一氧化碳、尼古丁、醛類、苯并(a)芘等)以及放射性物質等。而這些廢氣與具有比表面積大的多孔的果殼活性炭接觸,廢氣中的污染物被吸附,使其與氣體混合物分離,從而達到凈化目的。

果殼活性炭用于有毒有害氣體的凈化

用于氣體吸附的果殼活性炭是顆粒狀的,并且有下列特征:

1、吸附氣體的種類多;

2、多數情況下對于混合氣體也有效;

3、受空氣中的水蒸氣和二氧化碳的影響不大;

4、吸附速率快;

5、可以設計成攜帶式、移動式裝置;

6、在大多數場合下果殼活性炭可以再生;

7、廢棄時,果殼活性炭本身的污染小。

揮發性有機溶劑的回收

在橡膠、塑料、紡織、印刷、油漆、軍工、片基等領域的工業生產過程中,要使用大量的揮發性有機溶劑。這些溶劑均可用果殼活性炭回收。

用果殼活性炭吸附法回收溶劑的特征:對低濃度溶劑并且對幾乎所有溶劑都能進行有效的處理。特別是低濃度溶劑的活性炭吸附法中,可以比較容易地凈化到10-6。例如,在用冷凝法回收甲苯、己烷時,即使冷卻到-10℃,甲苯和己烷還是分別以約4%、3%的相當高的濃度排出。這種傾向在以防治公害為目的的回收中,顯示出果殼活性炭吸附法的優越性。

果殼活性炭用于揮發性有機溶劑的回收

果殼活性炭溶劑回收的原理:溶劑回收的目的是采用一定的方式將上述工業生產排出的有機廢氣回收,并在生產中重復使用,既減少了大氣污染,保護了工人的身體健康,又降低了生產成本。采用果殼活性炭的溶劑回收工藝是將含有有機溶劑蒸氣的混合氣體通入裝填果殼活性炭的反應器,依靠果殼活性炭的選擇吸附能力把溶劑蒸氣吸附在活性炭上,脫除溶劑蒸氣的凈化空氣從反應器另一端流出;果殼活性炭吸附飽和后,停止吸附,然后進行再生,再生時一般用水蒸氣,使吸附在果殼活性炭上的溶劑脫除,再將解吸的蒸氣冷凝,回收有機溶劑;再生后的果殼活性炭干燥冷卻后再循環使用。

果殼活性炭溶劑回收技術適合于溶劑蒸氣濃度為1-20g/cm3的氣體回收溶劑,而且其回收效率大于90%;溶劑蒸氣濃度與空氣混合物的濃度能夠保持低于爆炸下限,所以生產比較安全;果殼活性炭回收溶劑成本低,工藝簡單,適用范圍廣。

儲能技術

能量的儲存是一種新型節能技術,是國內外廣大專家學者的研究熱點之一,其研究的主要方法包括力學、電磁、電化學等。其中含能物質(如氫氣、天然氣等)的有效儲存、鉀離子電池和超高電容器的儲能材料的研究,尤其受到科技工作者的高度關注。多孔炭質材料具有的超大比表而積和極強吸附力的特性,賦予其優異的儲能活性。

果殼活性炭用于儲能技術

果殼活性炭是多孔炭的代表,是經活化的多孔、有大內表面積和孔容積,以碳素為主要構成元素的具有高表面積活性炭的炭。同時,果殼活性炭具有質輕、對少量雜質不敏感,可重復使用等優點,作為儲能材料有著光明的應用前景。


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