活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭用于去除养猪场通风空气中的氨

　　猪肉是消费最广泛的肉类，全球生猪产量估计每年约为12亿头猪。氨是养殖场通风空气中排放的主要污染物之一，如果不能有效处理污染物，畜牧业对环境造成的影响会很大。在从废气中去除氨的技术中，最常用的是吸吸附法。

　　了解养猪场中的氨

　　氨(NH3)是一种具有独特气味的无色气体，是动物粪便中含氮化合物分解过程中产生的。在养猪场中，由于粪便管理、通风系统和垫料等因素，氨会在空气中积聚。氨的存在会对动物福利、生长性能和农场整体生产力产生负面影响。

　　活性炭的作用

　　活性炭又称活性炭，是一种高度多孔的材料，能有效吸附空气和水中的各种气体和杂质。其大表面积和多孔结构使其能够吸附氨分子，使其成为空气净化的合适选择。

　　作用机制

　　活性炭主要通过吸附过程发挥作用，其中氨分子粘附在碳颗粒的表面。此过程可以以不同的形式发生，包括：

　　物理吸附：涉及范德华力并且是可逆的。它可以吸附多种污染物。

　　化学吸附：涉及氨和碳表面官能团之间化学键的形成。该过程通常是不可逆的，并且可以提高氨去除效率。

　　活性炭多孔结构参数对氨吸附的影响

　　研究多孔结构参数对氨吸附特性的影响，旨在检查这两组是否相关以及如何相关。结果如图1所示。对所有原材料、炭和制备的活性炭进行了分析。

　　图1：氨吸附能力和可逆性与原材料、炭和制备的活性炭的多孔结构参数的相关性。

　　发现吸附容量与BET表面积、微孔和总孔体积之间存在明显的正相关关系。对于微孔体积依赖性具有最高值。基于对吸附过程的了解，可以假设微孔可能在小分子氨的吸附中发挥着至关重要的作用。对于表面具有少量官能团的未改性活性炭，氨吸附线性取决于微孔的体积，并且在较小程度上取决于孔的总体积和表面积。可逆吸附对于多孔结构最发达的活性炭也是有利的，但是，从最后一张图可以看出，均匀的微孔结构不是所希望的。吸附分子的高速率内部扩散需要中孔。然而，相关系数低于 0.7 意味着除了多孔结构活性炭之外，还有其他参数影响氨吸附。 CO 2活化的活性炭具有较高含量的酸性氧官能团，有利于氨吸附。

　　在养猪场实施活性炭系统

　　通风设计

　　为了优化氨去除，可以将活性炭集成到农场的通风系统中。这可以通过以下方式实现：

　　活性炭过滤器：在通风管道内安装配备活性炭的过滤器。当空气通过时，氨被吸附，从而改善空气质量。

　　带活性炭的生物过滤器：将活性炭与生物过滤系统相结合可以利用微生物作用和吸附来提高氨的去除效率。

　　维护与更换

　　定期维护对于确保活性炭系统的有效性至关重要。根据氨的浓度和所用活性炭的类型，过滤器可能需要每隔几个月更换一次，以保持最佳性能。监测中的氨水平并根据需要调整系统有助于管理成本并确保动物健康。

　　使用活性炭的优点

　　有效去除氨：活性炭在吸附氨方面具有很高的效率，从而改善空气质量。

　　无毒且安全：与化学处理不同，活性炭对动物和农场工人来说都是安全的，健康风险极小。

　　多功能应用：活性炭系统可以定制，以适应各种农场布局和通风设计。

　　可持续性：通过改善空气质量，活性炭系统有助于改善动物福利，并可以帮助农场满足环境法规。

　　挑战和考虑因素

　　虽然活性炭提供了一种可行的氨去除解决方案，但仍存在一些挑战需要考虑：

　　成本：活性炭系统的初始投资可能很大，但健康和生产力方面的长期节省可能会抵消这些成本。

　　吸附能力：活性炭对氨的吸附能力有限。需要定期监测和更换，以防止突破并确保有效性。

　　环境影响：废活性炭的处置必须谨慎管理，以避免环境污染。

　　活性炭是降低养猪场空气中氨含量、改善动物福利和遵守环境法规的有效方法。通过在通风设计中实施活性炭系统，养猪户可以在可持续实践方面取得重大进展，确保为动物、工人和周围社区提供更健康的环境。随着不断的研究和开发，活性炭的应用不断发展，有望在未来提供更有效的氨管理解决方案。

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