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揮發(fā)性有機物（VOCs）作為PM2.5和O3生成的關(guān)鍵前體物，對其進行有效管控是打贏臭氧污染防治攻堅戰(zhàn)的關(guān)鍵舉措之一。在國家和地方政策的強力推動下，工業(yè)源VOCs排放管控受到廣泛重視，圍繞工業(yè)企業(yè)VOCs管控投入了大量的治理設(shè)施和技術(shù)手段。安裝VOCs末端治理設(shè)施，對工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中各排放環(huán)節(jié)的VOCs廢氣進行有效收集、達標處理后以有組織形式排空是當前工業(yè)源VOCs治理的主要技術(shù)手段。VOCs現(xiàn)行治理技術(shù)主要包括吸附、燃燒、冷凝及以上技術(shù)的優(yōu)化組合等，而吸附技術(shù)的應用極為廣泛，最常用的吸附劑包括活性炭和沸石等。開展不同類型吸附劑在相同條件下對VOCs的吸脫附性能研究，獲取吸附劑適用性條件及參數(shù)對其選型、資源再生化、綠色化利用尤為重要，同時對推進國家“碳達峰、碳中和”雙碳目標的早日達成意義重大。 小E團隊以VOCs廢氣作為研究對象，選取蜂窩活性炭和沸石分子篩作為吸附劑進行VOCs吸附試驗。實驗用沸石分子篩平均孔徑分布在0.6nm左右，粒徑在3-5mm；蜂窩活性炭200孔/in2，平均孔徑集中在1.5 nm左右。蜂窩活性炭的碘值（623 mg/g）、比表面積（1236.72 m2/g）、總孔容（0.5254 mg/L）及微孔孔容（0.4133 mg/L），分別為沸石分子篩的1.79、2.93、1.55和2.02倍。通過兩種材料的吸附試驗，研究空床流速、反應溫度、VOCs初始濃度等反應條件對吸附效果的影響，掌握兩種吸附劑對VOCs的吸附規(guī)律，以期為VOCs廢氣選擇適宜的吸附處理技術(shù)及工藝參數(shù)提供科學依據(jù)。 一 吸附溫度對吸附效果的影響 采用Langmuir和Freundlich吸附等溫方程式在吸附進口VOCs濃度200 mg/m3，進口風速0.3 m/s條件下試驗得到的吸附平衡數(shù)據(jù)進行擬合，結(jié)果如下表所示。由表可知，Langmuir吸附等溫方程的R2均在0.99附近且均大于Freundlich吸附等溫方程的R2，蜂窩活性炭及沸石分子篩的吸附等溫方程用Langmuir吸附等溫方程表示更為合適。 表1 吸附等溫方程相關(guān)參數(shù)  蜂窩活性炭和沸石分子篩的VOCs吸附等溫線如圖1所示，當吸附溫度為30℃，VOCs吸附濃度為200 mg/m3時，沸石分子篩對VOCs的飽和吸附量約為9.6%，蜂窩活性炭對VOCs的飽和吸附量為21%，蜂窩活性炭對VOCs的飽和吸附量明顯高于沸石分子篩，相同條件下蜂窩活性炭對VOCs的飽和吸附量約為沸石分子篩的2.2倍。試驗時兩種吸附劑（蜂窩活性炭1100 g，沸石分子篩4200 g），吸附溫度為30℃，VOCs吸附濃度為200 mg/m3時，蜂窩活性炭、沸石分子篩對VOCs的最大吸附量分別為0.21 g/g和0.096 g/g。 當吸附溫度為90℃，VOCs吸附濃度為200 mg/m3時，沸石分子篩對VOCs的飽和吸附量約為4.8%，而蜂窩活性炭對VOCs的飽和吸附量為9.1%。VOCs吸附濃度為200 mg/m3，吸附溫度為30℃下蜂窩活性炭對VOCs的飽和吸附量是90℃下的2.33倍，吸附溫度為30℃下沸石分子篩對VOCs的飽和吸附量是90℃下的2倍。相較于蜂窩活性炭，沸石分子篩的飽和吸附量受反應溫度和VOCs濃度的影響較小。同時，試驗時吸附固定床內(nèi)填滿兩種吸附劑，吸附溫度為90℃，VOCs吸附濃度為200 mg/m3時，蜂窩活性炭、沸石分子篩對VOCs的最大吸附量分別為0.091 g/g、0.048 g/g。   二 吸附空床風速對吸附效果的影響 研究在不同進口濃度、氣體流速等操作條件下VOCs的吸附規(guī)律。在吸附溫度30℃時，吸附固定床截面風速分別為0.3 m/s、0.4 m/s和0.5 m/s，沸石分子篩固定床吸附實驗的平均進口濃度利用PID測得分別為315.2 mg/m3、309.8 mg/m3和213.6 mg/m3，蜂窩活性炭吸附實驗的平均進口濃度分別為322.7 mg/m3、318.9 mg/m3和319.1 mg/m3。獲得不同流速下沸石分子篩和蜂窩活性炭固定床的VOCs吸附穿透曲線如圖2所示。 由圖可知，不同風速下兩種吸附劑對VOCs的吸附穿透曲線均為S型。以出口濃度為進口濃度的5%（15 mg/m3）作為穿透點，蜂窩活性炭在流速為0.3 m/s、0.4 m/s和0.5 m/s情況下的穿透時間為18.3h、13.3h和8.5h，而沸石分子篩在流速為0.3 m/s、0.4 m/s和0.5 m/s情況下的穿透時間分別為13.3h、11.2h和9h。蜂窩活性炭在中低流速下的吸附穿透時間優(yōu)于沸石分子篩，但是隨風速上升至0.5 m/s時沸石分子篩的吸附穿透時間反而優(yōu)于蜂窩活性炭，沸石分子篩在高風速下VOCs的吸附性能較好。   圖2 不同風速下沸石分子篩（左） 和蜂窩活性炭（右）對VOCs的吸附穿透曲線 三 吸附空氣動力學性能研究 反應溫度為30℃時，研究裝有蜂窩活性炭、沸石分子篩兩種吸附劑的固定床床層阻力在不同空床流速下的變化情況如下圖所示，兩種吸附劑固定床床層阻力均隨空床氣速的增大而增大。在空床氣速0.3 m/s時，沸石分子篩固定床床層壓降為25Pa，而蜂窩狀活性炭床層壓降為19Pa，兩者相差24%；而在空床氣速2.1 m/s時，沸石分子篩固定床床層壓降為363Pa，而蜂窩狀活性炭床層壓降為197Pa，兩者相差約46%。相同空床流速下，沸石分子篩固定床床層壓降要大于蜂窩狀活性炭床，可能與蜂窩活性炭通孔規(guī)則、空氣阻力小、微孔發(fā)達等因素有關(guān)。  圖3 不同流速下兩種吸附固定床床層阻力  |
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