活性炭纖維在廢氣處理中的應用

張 強

（江蘇綠源工程設計研究有限公司 江蘇連云港 222000）

活性炭具有較好的吸附性，利用活性炭制品對廢氣進行吸附處理是目前主要的廢氣處理手段之一。相比于前兩代活性炭產品（PAC和GAC），活性炭纖維具有更加優異的性能，在廢氣處理領域展現出明顯的優勢。活性炭纖維的微孔結構直徑小于2nm，且分布密度大。與同體積的PAC和GAC相比，活性炭纖維具有更大的表面積。這些獨特的結構使得活性炭纖維的吸附能力遠遠優于PAC和GAC，吸附量也有跨越性的增長。另外，由于廢氣中的顆粒物體在炭纖維上的微孔內擴散所受到的阻力較小，活性炭纖維具備相當快的吸附速度。在進行脫附處理時，活性炭纖維也比一般活性炭產品快了許多。活性炭纖維表面存在有不同特性活性基團，這些活性基團使活性炭纖維具有了特殊的性質和能力。

1 活性炭纖維分離污染物

有機揮發性氣體（VOC）包括氧烴、氮烴以及芳香族化合物等沸點較低的有機化合物氣體。目前空氣中的該類污染物主要來源于化工企業以及石油工業等。有機揮發性氣體對自然環境和人體健康有著較大的危害，在排放到環境中之前需要進行廢氣處理。而活性炭纖維吸附法是處理該類廢氣的主要方法之一。活性炭纖維孔隙率高，且可通過對活化條件的調整和控制，使其吸附效果達到最佳。

Fuertes等展開了以酚醛樹脂炭化形成的活性炭纖維對丁烷的吸附能力的研究。實驗表明，在丁烷具有較高濃度的情況下，活性炭纖維的吸附容量主要受材料的孔容積影響，而當濃度足夠低時，活性炭纖維的粒度和比容也會在一定程度上影響其吸附容量。Debasuah Das等研究了在不同條件下的活性炭纖維吸附有機揮發性氣體的能力，并與硅膠、GAC等其他吸附劑進行了橫向比較，通過理論分析和實驗驗證，成功建立了活性炭纖維對VOC吸附性能的數學模型。李左江等對活性炭纖維吸附有機溶劑蒸汽性能進行了研究，并用改進的Yoon-Nelson曲線對其吸附規律進行了描述。根據其研究成果，活性炭纖維的高傳質系數使其具備了更快的吸附速度。而劉軍等研究了氣態三氯乙烯在活性炭纖維層的穿透特性，實驗表明活性炭纖維較大的比表面積使得其吸附能力大幅增長，而溫度升高或濕度增大都會降低活性炭纖維的吸附能力。

2 處理氮氧化物和氧硫化物

對于一些無機小分子氣體，活性炭纖維同樣具有一定的吸附效果。不過在實際廢氣處理中，一般需要對活性炭纖維的表面進行改性處理以提高吸附效果。

活性炭纖維表面的活性基團使其具有了氧化或者還原能力。利用經改性處理后的活性炭纖維對含二氧化硫的廢氣進行處理，可以收到較好的效果。經活性炭纖維吸附的二氧化硫在催化氧化的活性基團作用下，氧化形成H2SO4，并以這種形式在脫附過程中被分離。這種脫硫效果是硅膠、GAC等吸附劑所無法比擬的。

Mangun等研究了氨活化的活性炭纖維對二氧化硫的吸附能力，并與一般活性炭纖維進行了橫向比較。實驗結果表明，氨活化處理的活性炭纖維在物理結構和表面化學性質上與一般活性炭纖維均有著顯著差別，這些差別直接影響到活性炭纖維對于二氧化硫的吸附效果。Cheol-Min Yang等研究了PAN基活性炭纖維對一氧化氮的吸附效果，結果表明一氧化氮的吸附效果與活性炭纖維含氮涂層量成正相關，而高溫處理也可對其吸附效果產生積極的影響。Soo-Jin Park等對經銀或鎳處理后的ACF與未經處理的ACF對NO的吸附效果進行了比較和研究。結構表面，經處理后的ACF產生了一些結構上的變化，吸附能力得到顯著的提升。

3 活性炭纖維回收物料

由于活性炭纖維的吸附容量大，不僅可以用于去除廢氣中的污染物，同時也可用于回收一些有價值的物料。目前利用活性炭纖維進行物料回收的試驗已經在國內外廣泛展開，甚至已經在一些化工企業投入使用。

李寶瑛等利用活性炭纖維對含二氯乙烷的模擬廢氣進行了吸附試驗。該試驗將完成吸附的活性碳纖維利用水蒸氣進行再生，烘干后進行重復吸附試驗。連續三次再生，活性炭纖維的吸附曲線變化并沒有產生較大的變化，從而得出活性炭纖維的可以重復再生并保持吸附性能穩定。浙江某錦綸廠以活性炭纖維吸附法對廢氣中的環己烷進行了凈化回收，并取得了較為理想的效果。該環己烷回收系統已經實現了自動化，實現了活性炭纖維的再生和環己烷的有效回收，回收率接近90%，既滿足了排放標準，又提高了資源利用率和經濟效益。

4 結語

盡管活性炭纖維在廢氣處理中具有獨特的優勢，但受到目前技術水平的限制，其在工業生產中的應用仍然有不少問題。活性炭纖維較高的生產成本使其目前仍未能在實際生產中得到廣泛推廣。對于一些特定污染物，活性炭纖維的吸附效果也并不夠理想，在一定程度上限制了其發展。目前諸多研究表明對活性炭纖維進行表面改性可以對其吸附性能產生較為顯著的影響，活性炭纖維在廢氣處理中仍然具有廣闊的發展前景。

[1]劉海玥,金迪.活性炭纖維在有機廢氣治理中的應用[J].科技向導，2012.

[2]黃華存,等.ACF表面改性及其脫除氮氧化物的研究進展[J].合成纖維工業,2006,29(6).