專利名稱：處理氣態(tài)污染物的活性碳纖維原位再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理氣態(tài)污染物的活性碳纖維原位再生方。
技術(shù)背景
活性碳纖維是以粘膠基纖維、聚丙烯腈基纖維、浙青基纖維等纖維為原料，經(jīng)高溫碳化、活化工藝處理制成的新型吸附材料。與社會上曾經(jīng)被認(rèn)為比較好的吸附材料——粒狀活性碳相比，活性碳纖維具有以下優(yōu)異特性。1)比表面積大，有效吸附容量高?；钚蕴祭w維的微孔豐富，比表面積達1000 2000m2/g，數(shù)倍于粒狀活性碳。同時，活性碳纖維的微孔孔徑較均勻，幾乎都是有效孔，而粒狀活性碳的孔徑不均勻，并且有相當(dāng)一部分是無效孔。因此，活性碳纖維的有效吸附容量(透過量達5%時的吸附容量)比粒狀活性碳高10倍以上。2)吸附、脫附行程短，速度快；脫附、再生耗能低。粒狀活性碳的直徑比活性碳纖維大上千倍，且孔徑分布較寬。被吸附的有機分子需要經(jīng)過大孔和過渡孔的曲折路程才能進入微孔被吸附，顯然行程要長得多，速度要慢得多。與之相反，活性碳纖維的孔徑分布窄、行程短，因而使其吸附、脫附速度快，脫附速度快，脫附耗能低，而且能夠更徹底的得到再生。 因此，對于相同的有機廢氣處理，活性碳纖維的填充厚度和再生耗能僅為粒狀活性碳的1/5 至1/10就可以了。3)形狀多樣，便于工程應(yīng)用。粒狀活性碳的形狀是類似綠豆粒大小的黑色顆粒。其工程應(yīng)用往往只有在下支撐網(wǎng)(或填料)的支撐下和上防吹散網(wǎng)的網(wǎng)罩下，裝填在吸附罐中的單一應(yīng)用方式。這種單一的應(yīng)用方式，不可避免的帶來了廢氣通過的吸附層截面小，廢氣流速快，氣阻大等缺點。活性碳纖維可制成布、網(wǎng)、氈、紙等多種形式，為工程應(yīng)用提供了很大的靈活性與方便性。4)強度高、壽命長、不產(chǎn)生二次污染?；钚蕴祭w維具有很好的柔韌性和較高的強度，經(jīng)反復(fù)再生也不易粉化，對吸附回收的有機物和凈化后的氣體不會造成二次污染。
活性碳纖維吸附飽和后需再生循環(huán)使用?，F(xiàn)有的再生方法主要包括加熱再生、減壓再生、吹掃再生、置換再生和溶劑萃取再生等。加熱再生法是指將吸附飽和的吸附劑加熱，隨著吸附劑溫度升高，分子運動加快，平衡吸附量減少，大部分吸附質(zhì)就從吸附劑上脫附出來的方法。加熱介質(zhì)多為水蒸氣，也可為熱空氣。加熱再生多用于非極性吸附劑的脫附，如活性炭吸附凈化有機溶劑蒸氣后，既可采用此種方式脫附，并可回收有機溶劑。減壓再生法是指減低飽和吸附劑周圍氣體的壓力，使吸附質(zhì)從吸附劑上脫附出來的方法。減壓再生適合于變壓吸附操作且平衡吸附量隨吸附質(zhì)分壓為線性關(guān)系的場合。該方法需變壓操作，且動力消耗大，因而在氣態(tài)污染物的吸附凈化中采用較少。吹掃再生是指用不被吸附的氣體(惰性氣體)吹掃飽和吸附劑床層，并將脫附出來的吸附質(zhì)帶走的再生方法。這種再生方法脫附程度差，且吹掃氣體中吸附質(zhì)濃度較低，回收困難。因此，該方法一般不單獨使用。置換再生是指選擇合適的氣體(脫附劑)，將吸附質(zhì)置換與吹脫出來的方法。這種方法需加一道工序，即脫附劑的再脫附，以使吸附劑恢復(fù)吸附能力。該法適用于對溫度敏感的物質(zhì)。溶劑萃取再生是指選擇合適的溶劑，使吸附質(zhì)在該溶劑中的溶解性能遠(yuǎn)大于吸附劑對吸附質(zhì)的吸附作用，將吸附物溶解下來的方法。
以上再生方法均不同程度地存在著各種不足，再生過程中炭損失往往較大，再生后活性炭纖維吸附能力會有所下降，再生時產(chǎn)生的尾氣如果處理不當(dāng)會造成二次污染。發(fā)明內(nèi)容
針對上述再生方法的不足，本發(fā)明提供一種處理氣態(tài)污染物的活性碳纖維原位再生方法，該方法再生效率高，炭損失量低，無二次污染。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。首先在吸附裝置內(nèi)設(shè)置電暈電極和接地電極，并使活性炭纖維置于電暈電極和接地電極之間；然后將電暈電極與交流電源相連，電暈電極和接地電極之間的電場使吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹脫下來；達到預(yù)先設(shè)定的再生時間后，將電暈電極與交流電源斷開，再生結(jié)束。
所述的交流電源的頻率約為150Hz，電暈電極與接地電極之間的電場強度為6 kV / cm，再生時間為4 min。
本發(fā)明是利用低頻交流電源在吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹脫下來，同時等離子體釋放的熱量為吸附質(zhì)脫附提供脫附熱。脫附后的氣態(tài)污染物分子與放電產(chǎn)生的高能電子、核電粒子、自由基以及臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終被降解為無害氣體排出，不產(chǎn)生二次污染。再生后的活性碳纖維保持了原有活性，可再次投入使用。
本發(fā)明采用低溫等離子體活性碳纖維原位再生方法，是因為等離子體具有以下特征1)等離子體振蕩作用。如果在等離子體的某一局部區(qū)域里瞬間出現(xiàn)了正或負(fù)的空間電荷，那么這些電荷將開始振蕩。等離子體振蕩是由等離子體中粒子群的相互作用形成的有組織的集體運動。吸附在活性碳纖維上的氣態(tài)污染物分子會在等離子體振蕩的作用下，從微孔中振出，實現(xiàn)脫附。
2)電風(fēng)作用。在外加電場強度特別高的情況下，空氣發(fā)生電離。由于同種電荷互相排斥，導(dǎo)體上的靜電荷總是分布在表面上，而且一般來說分布是不均勻的，這使得空氣中殘存的少量離子發(fā)生加速運動。這些被加速的離子與空氣分子相碰撞后，使更多的空氣分子電離，形成電子雪崩。高速運動的電子與核電粒子會使其周圍的空氣發(fā)生氣流擾動，進而形成電風(fēng)，電風(fēng)可將部分吸附在活性碳纖維上的氣態(tài)污染物分子吹脫出來，實現(xiàn)脫附。
3)等離子體放熱作用。按等離子體的熱力學(xué)平衡狀態(tài)，等離子體可分為完全熱力學(xué)平衡等離子體、局部熱力學(xué)平衡等離子體和非熱力學(xué)平衡等離子體。非熱力學(xué)平衡等離子體也稱冷等離子體或低溫等離子體，此類等離子體內(nèi)部電子溫度很高，可達上萬開爾文， 而離子及氣體溫度保持在300 500K，從而形成熱力學(xué)上的非平衡性。本發(fā)明采用的是低溫等離子體技術(shù)，但即使是低溫意義下的等離子體，當(dāng)放電時間足夠長時，仍然能使電場中達到450 500K的較高溫度，從而為脫附提供充足的脫附熱。
4)等離子體降解作用。等離子體具有降解污染物分子的作用，其機理如下其一， 由電場產(chǎn)生的電子直接和污染物分子碰撞，從而使污染物分子電離、解離和激發(fā)；其二，各種活性基團和污染物分子之間發(fā)生化學(xué)作用，這些活性基團主要包括OH、H02和0原子，它們和污染物分子之間發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，形成C02和H20等對環(huán)境無害的物質(zhì)。
5)等離子體中具有正、負(fù)離子，可作為中間反應(yīng)介質(zhì)。特別是處于激發(fā)狀態(tài)的高能離子或原子，可促使很多化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。等離子體本身是一種良導(dǎo)體，所以能利用磁場來控制等離子體的分布和它的運動，這有利于化工過程的控制。等離子體中具有正、負(fù)離子，可作為中間反應(yīng)介質(zhì)。特別是處于激發(fā)狀態(tài)的高能離子或原子，可促使很多化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。
本發(fā)明低溫等離子體活性碳纖維原位再生方法與現(xiàn)有方法比較具有以下顯著進步1)再生效率高。在電場場強6kV/ cm，放電頻率150-M0HZ的范圍內(nèi)，再生效率達99% 以上2)活性碳纖維再生炭損失量低。在最佳運行參數(shù)下，再生炭損失低于0.2%3)再生后吸附活性不降低。實驗證明，經(jīng)本方法多次再生后的活性碳纖維可保持原有吸附活性；4)污染物原位降解，不需附加脫附氣體處理裝置，工藝簡單，操作方便，不產(chǎn)生二次污^fe ο


圖1是本發(fā)明的再生裝置結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明中電源頻率對活性炭纖維再生效果的影響圖3是本發(fā)明中電場強度對活性炭纖維再生效果的影響圖4是本發(fā)明中再生時間對活性炭纖維再生效果的影響具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明吸附裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括殼體15、頂蓋8、由多孔外筒7和多孔內(nèi)筒5圍成的環(huán)形吸附劑筒、設(shè)置在環(huán)形吸附劑筒內(nèi)的活性碳纖維6。頂蓋8與殼體15通過法蘭相連接，吸附劑筒設(shè)置在殼體15內(nèi)，活性炭纖維6設(shè)置在吸附劑筒內(nèi)。
首先在吸附裝置內(nèi)設(shè)置電暈電極和接地電極，并將活性炭纖維置于電暈電極和接地電極之間，具體為將殼體15和頂蓋8處的連接法蘭打開，將電暈電極12設(shè)置在吸附劑筒的中軸線上，接地電極13固定在殼體15的內(nèi)壁上，絕緣內(nèi)襯14置于接地電極13和殼體 15之間。
然后將電暈電極與交流電源9相連，電暈電極和接地電極之間的電場使吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹脫下來。達到預(yù)先設(shè)定的再生時間后，將電暈電極與交流電源斷開，再生結(jié)束。
上述低頻交流電源通過電暈放電所形成的等離子體是一種低溫非平衡態(tài)等離子體，其對脫附出來的氣態(tài)污染物(如VOCs和惡臭氣體等)具有很好的分解效果，不產(chǎn)生二次污染，能夠真正實現(xiàn)活性炭纖維的原位再生。權(quán)利要求
1.處理氣態(tài)污染物的活性碳纖維原位再生方法，其特征在于首先在吸附裝置內(nèi)設(shè)置電暈電極和接地電極，并使活性炭纖維置于電暈電極和接地電極之間；然后將電暈電極與交流電源相連，電暈電極和接地電極之間的電場使吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹脫下來，脫附下的氣態(tài)污染物進而被分解為無害氣體；達到再生時間后，將電暈電極與交流電源斷開，再生結(jié)束，其中，交流電源的頻率為150Hz，電暈電極與接地電極之間的電場強度為6kV / cm，再生時間為4 min。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理氣態(tài)污染物的活性碳纖維原位再生方法，特別是用于處理氣態(tài)污染物的活性碳纖維再生。具體是利用低頻交流電源在吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體。等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性碳纖維上振脫或吹脫下來，同時等離子體釋放的熱量為吸附質(zhì)脫附提供脫附熱。脫附后的氣態(tài)污染物分子與放電產(chǎn)生的高能電子、核電粒子、自由基以及臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終被降解為無害氣體排出，不產(chǎn)生二次污染。再生后的活性碳纖維保持了原有活性，可再次投入使用。 本發(fā)明具有再生效率高、再生時炭損失量低以及再生后吸附活性不降低等特點。
文檔編號B01J20/20GK102476048SQ201010553399
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者王爽 申請人:大連創(chuàng)達技術(shù)交易市場有限公司