活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　施加电场以从气流中分离颗粒通常被称为静电沉淀，这是从工业排放物中去除颗粒物的广泛采用的技术。静电除尘器(ESP)基于带电粒子和集电板之间的库仑吸引。这给出了工作原理：放电电极为粒子提供电荷，然后迫使它们通过电场。随后，颗粒通过电场偏转到收集电极。由于通过向ESP放电电极施加电势差而形成电场，因此该电场的强度是ESP性能的关键因素。

　　吸附过程是从流体流中去除污染物的常规技术。许多吸附材料用于控制空气污染。例如，活性炭具有长期还原臭氧，选定的挥发性有机化合物(VOC)和其他污染物的能力。在适当的介质上，吸附过程被认为对低浓度的污染物有效。然而，它们只是从气相转移到固相，而不是被破坏。

　　我们研究了通过使用活性炭和不同的载体材料来将这种工艺与光催化工艺耦合以除去氮氧化物(NOx)和挥发性有机化合物(VOCs)的可能性。这种新型混合工艺的可行性和效率。并展示了如何通过向活性炭施加电场来增强间歇式反应器中气态挥发性有机化合物(VOC)的去除，以及这种增强是如何实现的。与VOC特性和电场强度有关。本次的研究是应用电吸附作用去除气态污染物的综合研究，并结合我们以前的实验结构，对在此联合过程中发生的相关现象进行了简单的概述。

　　活性炭电吸附效应

　　电吸附效应包括向半导体气体传感器的敏感层施加外部电场，以改变其感应行为。当负电分子接近薄金属导体的表面时，自由电子从固体表面被吸引。重要的是，如果处理具有较少可用位移电荷的半导体(例如活性炭)，则静电吸引所涉及的层的厚度将较大，而电导率将较低。半导体电性能的这种变化是金属氧化物(MOS)气体传感器的基本操作。如果将所述系统放置在电场之间，例如通过在两个电极之间施加电压来感应，该电场可能会迫使电子朝向(或远离)(半)导体表面，从而降低(或增加)吸附某些气态物种(图1)。

　　图1：电吸附过程、电吸附效果示意图。

　　NO 2可以通过不同的机制吸附在活性炭表面：物理吸附，化学吸附和化学还原;但是，当NO 2吸附在碳质材料上时，就会释放出大量的NO。一旦吸附剂已经用超纯水浸出，就通过液相离子色谱法对吸附的物质进行分析和定量。在洗涤液中，发现了硝酸盐和亚硝酸盐。低浓度的臭氧可以被活性炭有效地去除，活性炭的臭氧化是一种修饰其表面官能团的技术。

　　电吸附增强活性炭去除VOC

　　未经处理和处理过的活性炭的SEM图片如图2所示。可以观察到，在7 kV的电场下施加3小时后，活性炭的表面粗糙度与之前相似。

　　图2：在不同放大倍数下施加7 kV 3小时之前(a–c)和之后(d–f)的活性炭的扫描电子显微镜(SEM)图片。

　　活性炭关于电场附增强吸附测试设备，由一个样品架组成，样品架放置在一个33厘米×33厘米×12厘米的带有硼硅酸盐玻璃壁的盒子内(图3)。风扇(位于偏转板后面)引起平行的空气通量到样品。在细的(直径为180 µm)钨丝电极(放电电极)上施加正电势，而相对电极(活性炭)通过两端的两个接地连接接地。

　　图3：反应器示意图。

　　如示于图4一个外部电场到活性炭的应用提高了甲基乙基酮的去除。在电场测试中，在90分钟后，关闭施加的电势，并注意到甲基乙基酮浓度上升(图4b)。对于水蒸气浓度发现类似的行为。

　　图4：(a)在不存在和存在电场的情况下，甲基乙基酮的浓度。(b)在先打开然后关闭电场的测试中，甲基乙基酮浓度。

　　可以观察到，随着施加电势的增加，由于以下原因，不可能清楚地了解平衡(q e)处吸附的甲基乙基酮量的差异以及分配系数(PC)的变化。按照实验可变性的顺序，增加的实体为几个单位百分比。然而，如图4b所示，当关闭电场时，这种差异是可观的，并且对应于PC值提高了3.3%，这意味着吸附亲和力和吸附能力得到了提高。结合略微增加的吸附容量，可以发现传质系数的极大提高(K)，在电场下将样品加倍。甲基乙基酮吸附物在平衡量，如果它被认为是在本复合体中的活性炭量为约44%。

　　在这次研究中，非均匀电场已应用于吸附材料，以研究与目标气态污染物相比增强的吸附能力。在组合过程中可能发生的所有已考虑现象中，相互作用已分为三类：电场/吸附性，电场/吸附性和电场/吸附性。在我们以前的工作中已经对第一组进行了评估，得出结论，取决于VOC特性，电场对吸附动力学有积极影响。结果表明，活性炭也受到电场的影响，特别是受到电晕区域产生的活性物质的影响。此外，离子风在吸附剂向活性炭活性部位的大量传输中起着重要作用，导致吸附的气体量增加。在这方面突出显示图4b，一旦电场消失，就有可能认识到过程的可逆性和瞬时性。

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