活性炭纤维吸附模拟废气中的乙醇和乙醚曾 乐1，王春雷1，刘兆燕1，周矛峰2，吕琪3，王同华1【摘要】［摘要］采用动态吸附法研究了 5种活性炭纤维（ACF ）对乙醇、乙 醚及模拟混合废气中的乙醇和乙醚的吸附性能实验结果表明：当 ACF-1， ACF-2，ACF-3，ACF-4 分别吸附乙醇和乙醚时，在室温、乙醇质量浓度 12.0 mg/L、乙醚质量浓度13.0 mg/L的条件下，4种ACF对乙醇的穿透吸附量和 饱和吸附量分别为60-70 mg/g和339-409 mg/g，对乙醚的穿透吸附量和 饱和吸附量分别为50 - 65 mg/g和301 - 344 mg/g ;在室温、模拟混合废气 中乙醇和乙醚的质量浓度均为11.6 mg/L、吸附时间120 min的条件下，具有 较大的比表面积和微孔体积的ACF-5对乙醇的吸附量为205 mg/g，对乙醚的 吸附量为223 mg/g ;在脱附真空度-0.95 Pa、脱附时间20 m in的条件下， 经 17 次使用的 ACF-5 对模拟混合废气中乙醇和乙醚的穿透吸附量均为 87 mg/g，穿透时间均为12 min期刊名称】 化工环保年(卷),期】 2014(034)003总页数】 4关键词】［关键词］ 活性炭纤维;乙醇;乙醚;吸附;脱附;废气处理【 文 献 来 源 】 ）是主要的大气污染物之一［1］,按其化学结构可以分为芳香烃（苯、甲苯、二甲苯）、酮类、醛类、胺类、卤代类、不饱和烃类 等。
VOCs成分复杂，对人体的危害大，具有毒性和刺激性［2 ］VOCs的控 制技术主要包括回收技术和销毁技术与销毁技术相比，回收技术不但可有效 回收有机废气，使之变废为宝，且不会造成因销毁（如燃烧处理）而引起的二 次污染，对提高经济效益、改善大气环境和人民身心健康都具有十分重要的意 义活性炭纤维（ACF ）作为一种多功能吸附材料，除具有比表面积大、微孔丰富、 孔径小且分布窄、吸附量大、吸-脱附速率快、易再生和工艺灵活等优点外，还 具有不易粉化和沉降等特点目前，ACF多用于VOCs的处理和有机溶剂的回 收［3-6 ］将ACF用于乙醇和乙醚混合吸附的研究鲜有报道本工作以氮气为载气，采用动态吸附法，对比考察了不同的 ACF 对乙醇、乙醚 及模拟混合废气中的乙醇和乙醚的吸附性能，为工业排放的乙醇和乙醚混合废 气的回收利用提供了依据1实验部分1.1试剂、材料和仪器乙醇和乙醚：分析纯ACF :江苏同康活性炭纤维有限公司分别采用5种ACF对乙醇和乙醚进行吸 附，ACF的比表面积和孑L结构参数见表1AUTO-1-V-151型全自动吸附仪：美国康塔仪器公司；SP2100型气相色谱分 析仪： 北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司。
1.2 ACF吸附乙醇和乙醚的实验流程根据动态吸附原理，设计了动态法测试 ACF 吸附性能的实验装置通过模拟工程现场的实际工况、有机废气的组成和浓度，探讨 ACF 吸附乙醇和乙醚的性能ACF 吸附装置的示意图见图 1室温下，通过双柱塞泵将一定量的有机溶液打入混合罐，气化后与由流量积算仪控制流速的氮气混合混合气通过缓冲罐均匀混合，得到与实际工况相似的 模拟废气混合物模拟混合废气进入含有一定量 ACF的吸附柱（申30mmx80 mm）进行吸附，停留时间为3.4 s通过气相色谱分析仪测试出口试 样中有机气体的含量与组成，得到 ACF 吸附有机气体的穿透曲线及饱和吸附曲 线，以确定ACF吸附乙醇和乙醚的效果1.3分析方法 采用全自动吸附仪测定 ACF 的比表面积和孔结构参数在吸附过程中，当吸附 柱的出口试样出现吸附带时，称为穿透吸附按照文献［7］报道的方法计算穿 透吸附量和饱和吸附量2结果与讨论2.1 ACF对乙醇和乙醚的吸附性能在室温、乙醇质量浓度12.0 mg/L、乙醚质量浓度13.0 mg/L的条件下，ACF 分别吸附乙醇和乙醚的效果见表2由表2可见：4种ACF对乙醇和乙醚均具 有显著的吸附性能；当ACF分别吸附乙醇和乙醚时，ACF对乙醇的吸附性能高 于乙醚；4种ACF对乙醇的穿透吸附量和饱和吸附量分别为60 ~70 mg/g和 339-409 mg/g，对乙醚的穿透吸附量和饱和吸附量分别为50-65 mg/g和 301-344 mg/g。
这可能是因为乙醇和乙醚分子的大小不同，乙醇分子尺寸较 小，ACF吸附的乙醇分子数多，因此ACF对乙醇的吸附量较大由表2还可见，在4种ACF中，比表面积及孔体积较大的ACF-1和ACF-4对乙醇和乙醚的吸附效果较好较大的比表面积有利于乙醇和乙醚分子与 ACF 的 表面发生碰撞，使更多的吸附质吸附在ACF的表面［8 L ACF-1和ACF-4不 仅具有较大的比表面积，同时具有较多孔径为0.4~1.0 nm的微孔，因此对有机废气表现出较好的吸附能力；而 ACF-2 和 ACF-3 的比表面积较小，孔径为0.4~0.8 nm的微孔较少，因此吸附能力较弱此外，相关文献指出，当吸附剂孑L径为吸附质分子直径的2~6倍时，孑L壁场作用力会相互叠加，增强固体表面和气体分子的相互作用，有利于表面吸附[9 ]乙醇分子的直径为0.44 nm [ 10 ]基于上述观点，有利于吸附乙醇的ACF的孔径应为0.88 nm左右2.2 ACF对模拟混合废气中的乙醇和乙醚的吸附性能在室温、模拟混合废气中乙醇和乙醚的质量浓度均为 11.6 mg/L 的条件下，ACF-3和ACF-5对模拟混合废气中的乙醇和乙醚的吸附曲线见图2。
由图2可 见，在ACF吸附模拟混合废气中的乙醇和乙醚时，ACF对乙醇的吸附量小于对 乙醚的吸附量这是因为，ACF为非极性吸附剂[11],表面的非极性位数目 多于极性位，因此对非极性的乙醚分子吸附能力强；并且乙醚的分子尺寸较大， 更易被吸附在孔道中，进而阻止了 ACF对乙醇的吸附此外，由于乙醚和乙醇 的分子尺寸不同，尺寸较小的乙醇分子可以占据ACF吸附乙醚分子后的剩余空 隙，使ACF内部孔隙被充分占用因此，ACF吸附模拟混合废气中的乙醇和乙 醚的总吸附量大于单独吸附乙醇或乙醚的吸附量由图2还可见：由于ACF-5具有较大的比表面积和微孔体积，其对模拟混合废 气中乙醇和乙醚的吸附效果优于ACF-3 ；当吸附时间为120 m in时，ACF-5 对乙醇的吸附量为205 mg/g，对乙醚的吸附量为223 mg/g在吸附中期， 乙醇与乙醚的竞争吸附占主导地位，乙醇比乙醚更易穿透，使出气中的乙醇质 量浓度大于乙醚质量浓度，孔结构及吸附性能相对差的 ACF-3 在吸附乙醇和乙 醚时乙醇更易穿透；在吸附后期，当 ACF 吸附乙醚接近饱和时，乙醇的吸附量 仍呈增加趋势，出口的乙醇质量浓度逐渐降低，而乙醚质量浓度逐渐增加，说 明此时部分乙醚被乙醇置换出来，这可能是因为乙醇分子尺寸较小，可以进入 到已吸附了乙醚的吸附位中将乙醚顶出。
2.3 ACF-5的重复使用效果采用 ACF-5 吸附模拟混合废气中的乙醇和乙醚，达到穿透吸附后进行真空脱附， 然后再进行吸附，探讨 ACF-5 长时间吸-脱附乙醇和乙醚的效果在脱附真空 度-0.95 Pa、脱附时间20 m in的条件下,ACF-5使用次数对模拟混合废气中 乙醇和乙醚吸附效果的影响见图3由图3可见：随使用次数的增加，ACF-5 的穿透吸附量降低、穿透吸附时间缩短；ACF-5初次使用时乙醇和乙醚的穿透 吸附量均为188 mg/g，穿透时间均为27 m in； ACF-5使用17次时乙醇和 乙醚的穿透吸附量均为87 mg/g，穿透时间均为12 m in这是因为，真空脱 附未使 ACF-5 孔隙中的乙醇和乙醚分子全部脱附出来，造成部分孔隙堵塞，只 有部分被打开的微孔在重复吸附中发挥吸附作用多次重复使用后累积在 ACF- 5孔隙中的乙醇和乙醚分子增多，导致穿透吸附量降低3结论a ）采用ACF-1，ACF-2，ACF-3，ACF-4分别吸附乙醇和乙醚时，在室温、 乙醇质量浓度12.0 mg/L、乙醚质量浓度13.0 mg/L的条件下，4种ACF对乙 醇的穿透吸附量和饱和吸附量分别为60-70 mg/g和339-409 mg/g，对乙 醚的穿透吸附量和饱和吸附量分别为50 - 65 mg/g和301 - 344 mg/g。
在4 种ACF分别吸附乙醇和乙醚时，ACF对乙醇的吸附性能高于乙醚b ）具有较大的比表面积和微孔体积的 ACF-5对乙醇和乙醚的吸附效果优于 ACF-3在室温、模拟混合废气中乙醇和乙醚的质量浓度均为11.6 mg/L、吸 附时间120 m in的条件下，ACF-5对乙醇的吸附量为205 mg/g，对乙醚的 吸附量为223 mg/gc )在脱附真空度-0.95 Pa、脱附时间20 min的条件下，经17次使用的ACF- 5对模拟混合废气中乙醇和乙醚的穿透吸附量均为87 mg/g，穿透时间均为 12 min参考文献[1] Bellschemter K A. VOCs in air pollution control[J].Chem Eng Prog，1992，35(5)：487-492.[2 ]王宝庆.挥发性有机废气净化技术研究进展[J].环境污染治理技术与设 备，2003，4(5)：47-51．[3] 游咏研，陈凡植，黄树杰. 活性炭纤维吸附挥发性有机化合物的研究进展 [J]. 工业催化，2006，14(4)：63-66.[4] 迟广俊，焦婷婷，王同华. 改性活性炭纤维对含乙醇有机废气的吸附性能 研究[J].环境科学与技术，2010 ,33 ( 12 ): 160-163.[5] Meera A S. Energy efficient indoor VOC air cleaning with activated carbon fiber (ACF) filters[J]. Build Environ，2012，47(1):357-367.[6] Lin Chiou Liang，Cheng Yu Hsiang，Liu Zhen Shu.Adsorption and oxidation of high concentration toluene with activated carbon fibers[J]. J Porous Mater，2013，20(4):883-889.[7] 焦婷婷，王同华，柴春玲 . 吸附法回收油气的研究[ J]. 现代化工，2009，29（增刊）:268-270.8] 李小波，关建健，王同华 . 活性炭纤维吸附含溴甲烷气体的性能研究[J]. 环境工程学报，2013，7（6）：109-114.[9 ]王同华，焦婷婷，柴春玲.活性炭吸附回收油气的研究[J].石油炼制与 化工，2009，40（9）：60-65.[10] 李浩. 分子筛吸附法制无水乙醇的机理及工艺[ J ] .山东化工， 2009 ， 33（11）：29-33.[11] 张丽娟. 粘胶基活性炭纤维毡吸附性能的研究[ J ] .合成纤维工业， 2007 ， 30（6）：31-33.编辑王馨）【文献来源】。