活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭对气流中去除甲乙酮的性能提升

　　空气排放指标越来越严格和需要洁净的空气推动了废气净化领域的持续发展。工业过程和溶剂使用造成的空气污染属于对环境有害的排放的重要来源，挥发性有机化合物(VOC)是空气污染的主要成分。目前从气流中去除VOC的技术例如，已经在使用的过滤、洗涤、冷凝、热和催化氧化以及活性炭吸附。本次研究的是在室温和大气压力下在空气中运行的非热等离子体与活性炭过滤器相结合，可以比单独使用每种方法更好地去除气流中的VOC，后面我们来进行测试验证。

　　吸附实验装置和程序

　　所有测量中使用的实验装置如图1所示。非热等离子体是由介质阻挡放电产生的。选择介质阻挡放电是因为它具有良好的适用性和可扩展性。它是通过堆叠式等离子体反应器与活性炭过滤器组合实现的。反应器由一个带有四个电极的外壳组成，由介电板和金云母制成的垫片隔开。电极交替连接到高压和地。高压由可编程放大器和定制高压变压器来进行。使用数字示波器通过高压探头和10:1分压器记录电气数据，以测量测量电容器上的电压降。通过将此电压降与电容器的电容相乘，计算转移到等离子体中的电荷。

　　图1:(a)实验装置(b)等离子体反应器的示意图。

　　对于实验，工艺气体流过旁路直到浓度稳定。然后，气体被引导通过实验装置，因此，或者通过等离子体反应器，或者通过具有下游活性炭过滤器的等离子体反应器。在浓度再次达到稳定值后，打开和关闭，每次5分钟。重复该过程直到获得可重现的结果。

　　用非热等离子体和活性炭去除甲乙酮

　　根据关于非热等离子体与活性炭的一些组合的结果的建议，就两种方法的组合而言，组合的结果示于图2中。阴影条显示在使用干燥或潮湿空气的操作中去除甲乙酮，重叠的白色条描述各自的能量产量。在干燥条件下，活性炭单独提供了与非热等离子体结果相似的去除效率。单独的去除效果加起来几乎完全消除了甲乙酮，尤其是对于潮湿空气。相反，没有观察到显着的协同作用。总体而言，调查确定了通过非热等离子体与相当边缘的活性炭过滤相结合，显着降低空气流中VOC处理费用的可能性。

　　图2：在干燥和潮湿条件下，单独使用等离子体、活性炭和使用活性炭的等离子体对甲乙酮的去除(彩色条)和能量产率(白色条)。

　　活性炭过滤器的另一个优点是从气流中去除工艺副产品。这尤其适用于从等离子体中去除臭氧和一氧化二氮。臭氧的消除效果(干湿空气分别为35%和48%)比一氧化二氮(干空气和湿空气分别为10%和11%)要好得多。这可以通过对一氧化二氮的吸附能力来解释，一氧化二氮是所研究的物种中比较小的。N2O的分子量，尤其是极化率小于O3和甲乙酮的分子量，并且活性炭的吸附能力随着这些各自的特性而增加。

　　湿条件下的去除效率通常高于干条件。这也特别适用于仅通过活性炭进行的过滤。在接近50%的相对湿度之前，活性炭对VOC的吸附能力与空气中的水浓度相当无关。在较高的值下，活性炭吸附的VOC较少。然而，我们的结果表明，对于从干燥空气到仅16%的相对湿度的变化，去除甲乙酮已经依赖于湿度。由于在实验期间等离子体实际上是打开和关闭以比较有和没有非热等离子体操作的结果，已经提供给活性炭的反应性物质可能仍然存在于活性炭中，并促进颗粒表面的化学反应，甚至几分钟等离子关闭后。由于在干燥空气的操作中未观察到该效应，可能涉及氢物质，例如过氧化氢，或由羟基自由基引发的反应。

　　活性炭如何提高非热等离子体从气流中去除甲乙酮的性能，离子体工艺转化了相当一部分甲乙酮，活性炭过滤器吸附另一部分甲乙酮。这些技术的组合增加了甲乙酮的去除效果，这与单独技术的去除率相关。活性炭不仅可以去除等离子体过程的反应产物，还可以去除目标化合物。非热等离子体和活性炭技术的结合融合了单独技术的优点，以减轻它们各自的缺点，从而为处理受污染气流的经济性、易于使用和稳定的过程提供了一种策略。

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