來源：韓研活性炭網(wǎng) 作者：韓研活性炭網(wǎng) 2017-09-19
活性炭廣泛用于氣體分離和空氣凈化的吸附系統(tǒng)中，回收有價(jià)值的化合物。活性炭也用作化學(xué)工藝中的催化劑載體。吸附系統(tǒng)能夠回收從小排放源排出的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，包括丙-2-醇(IPA)。VOC回收通常在帶有變溫吸附(TSA)系統(tǒng)的吸附劑固定床的柱中進(jìn)行。活性炭吸附能力在該過程中逐漸降低，下降其凈化效率。一旦在純化氣體中達(dá)到邊界VOC濃度，就可以將廢吸附劑原位熱再生。然而，TSA是一個(gè)持久而耗能的過程，解吸產(chǎn)生需要進(jìn)一步處理的非常稀的氣體混合物。可以改變再生活性炭的多孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在連續(xù)吸附循環(huán)中其吸附能力降低電熱再生提供了真正的替代熱法。
在將電磁能量直接轉(zhuǎn)換成整個(gè)床體積同時(shí)發(fā)生的熱能之后，廢吸附劑被加熱。該方法受益于更短的加熱時(shí)間，更好的控制過程，高安全性，過程自動(dòng)化和減少設(shè)備尺寸。電熱方法可用于再生各種類型的活性碳，包括顆粒狀活性炭，活性炭纖維布(ACFC)或活性炭整料。再生通常使用直接電阻加熱方法進(jìn)行或微波方法。前者使用直流電流的焦耳效應(yīng)。將再生的吸附劑床放置在一對(duì)電極之間，同時(shí)施加電壓。電流流經(jīng)偽石墨疇的芳族部分，并且電子是電壓載體。該方法需要活性炭具有足夠的導(dǎo)電性。微波加熱是吸收劑在電磁場中吸收微波能量的作用。吸附劑-吸附物質(zhì)系統(tǒng)的介電特性對(duì)該方法的有效性起著決定性作用。該方法也被用來修改活性炭的表面化學(xué)。
電阻加熱對(duì)活性炭吸附性能的影響，特別是其造粒型。然而，必須了解該過程的性質(zhì)，以便能夠正確設(shè)計(jì)ETSA恢復(fù)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)應(yīng)該能夠?yàn)榻?jīng)典TSA系統(tǒng)提供更好的VOC恢復(fù)效率。本研究的目的是評(píng)估直接電阻加熱對(duì)循環(huán)ETSA工藝中用于丙-2-醇蒸汽吸附活性炭的吸附特性的影響。電熱解吸實(shí)驗(yàn)在以下操作參數(shù)的不變性范圍內(nèi)進(jìn)行：電壓25-30V，氮?dú)饬髁?.1-0.2 ℃和溫度設(shè)定點(diǎn)再生期間的氮?dú)饬髟谖竭^程中與空氣流動(dòng)方向相反。來自吸附器的濃縮氣體解吸蒸汽混合器被引導(dǎo)到冷凝器，其中IPA蒸汽與惰性氣體分離。不同ETSA??周期的解吸持續(xù)時(shí)間在1.5和3 h之間變化。冷卻至室溫后，再次使用活性炭進(jìn)行丙-2-醇蒸氣吸附。在ETSA工藝的60個(gè)吸附循環(huán)后采集活性炭樣品。
圖2給出了恒定氣體速度下的各種進(jìn)料濃度(流速)。在循環(huán)C1中，對(duì)原始活性炭進(jìn)行吸附。在其他循環(huán)中使用用直接電阻法再生的活性炭。在測量ETSA循環(huán)吸附之前，先將吸附劑在氮?dú)庀录訜嶂?23K，然后冷卻至環(huán)境溫度。最后，確定純吸附床的電阻加熱特性。如圖2所示 0.16±0.01 女士1.4±0.5 米3/H，吸附物的入口濃度越高，突破越快，突破曲線越傾斜。圖3描述了入口濃度為，氣體速度為0.19-0.24 m / s的吸附循環(huán)的穿透時(shí)間差異。12.3 ± 0.5g / m312.3±0.5 克/米3在循環(huán)ETSA過程中，床的吸附階段的有用使用壽命取決于入口濃度，氣體流速和碳再生程度。在給定的ETSA循環(huán)中吸附劑再生效率過低會(huì)降低連續(xù)循環(huán)中的吸附持續(xù)時(shí)間。2和 3確定了BTC測試中相同的氣體流量和入口濃度值。碳再生效率取決于電熱脫附階段的工作條件(溫度，電壓，氮?dú)饬髁?。隨著電壓增加，溫度和工藝的持續(xù)時(shí)間的值效率增加。當(dāng)再生的活性炭完全飽和時(shí)，IPA解吸期間的床溫是最均勻的。電熱過程的溫度和加熱功率曲線在別處討論。
活性炭-吸附劑系統(tǒng)的吸附性能決定了其在循環(huán)ETSA工藝中的性能。該方法涉及使用傳導(dǎo)電流的活性炭。吸附劑的電氣特性必須能夠使用直接電阻加熱進(jìn)行有效再生。這些要求通過一些類型的顆粒活性炭，活性炭整料和活性炭纖維來滿足。本文介紹了直接電阻加熱對(duì)用于吸附丙-2-醇蒸氣的活性炭在ETSA工藝中的吸附性能的影響。ETSA系統(tǒng)的BTC測試表明，丙-2-醇蒸氣的吸附效率取決于吸附劑輸入濃度，凈化氣體流量和吸附劑再生程度。電熱解吸的不正確選擇的操作參數(shù)和過程的持續(xù)時(shí)間過長導(dǎo)致在連續(xù)的ETSA循環(huán)中在吸附階段固定床的使用壽命縮短。
基于吸附平衡測量，通過重量法和XPS方法評(píng)估了活性炭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和其表面化學(xué)成分的電熱誘發(fā)變化的性質(zhì)。使用三個(gè)原始，電阻加熱和電熱再生的活性炭樣品。吸附等溫線模型表明，活性炭是一種非均相吸附劑，Tòth方程與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有很好的一致性。
用改性的方程確定的活性炭的結(jié)構(gòu)特征表明，純和電阻加熱的活性炭具有由兩個(gè)微孔級(jí)分形成的雙峰結(jié)構(gòu)，其中能量分?jǐn)?shù)是主要的，而再生的活性炭僅含有一部分微孔。XPS分析顯示，在所有活性炭樣品的表面上發(fā)現(xiàn)了相同的羥基，羰基和羧基，盡管體積比不同。作為直接電阻加熱的結(jié)果，與活性炭相比，純碳的吸附能力下降了約18%。由于電熱加熱引起的結(jié)構(gòu)變化和表面化學(xué)改變，再生的活性炭的平衡吸附能力比純碳高出約20%。
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