活性炭對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物的吸附回收研究進(jìn)展

黃 麗， 劉石彩， 朱光真， 楊 華

(1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)新技術(shù)研究所, 北京 100091; 2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所；生物質(zhì)化學(xué)利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；國(guó)家林業(yè)局 林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室；江蘇省 生物質(zhì)能源與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210042)

活性炭；揮發(fā)性有機(jī)化合物；吸附；回收

TQ35；TQ424

活性炭對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物的吸附回收研究進(jìn)展

黃 麗1,2， 劉石彩2*， 朱光真1,2， 楊 華2

(1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)新技術(shù)研究所, 北京 100091; 2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所；生物質(zhì)化學(xué)利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；國(guó)家林業(yè)局 林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室；江蘇省 生物質(zhì)能源與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210042)

摘要：

關(guān)鍵詞：

活性炭；揮發(fā)性有機(jī)化合物；吸附；回收

隨著人們生活水平和生活質(zhì)量的不斷提升，對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高，環(huán)境污染問(wèn)題得到了廣泛重視。環(huán)境中存在的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，主要來(lái)源于石油化工、造紙、印刷、涂料等行業(yè)，嚴(yán)重危害到人體健康及生態(tài)環(huán)境。2012年我國(guó)首部綜合性大氣污染防治規(guī)劃《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》中，明確提出要控制并治理?yè)]發(fā)性有機(jī)污染物[1]。因此，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物的回收研究不僅有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，而且對(duì)社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展具有重大意義。

1揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的研究

1.1VOCs的定義

美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署(EPA)對(duì)VOCs的定義[2]：VOCs是除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外，所有參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物。而世界衛(wèi)生組織(WHO)對(duì)總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)的定義為：熔點(diǎn)低于室溫且沸點(diǎn)在50～260 ℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。由以上2個(gè)定義可知，VOCs是指在常溫下沸點(diǎn)為50～260 ℃的各種有機(jī)化合物。這些有機(jī)化合物的碳原子個(gè)數(shù)大多在15以下，在空氣中普遍存在并且濃度不高[1]。

1.2VOCs的來(lái)源

VOCs的來(lái)源廣泛，主要可以分為移動(dòng)源和固定源2種。移動(dòng)源主要是指飛機(jī)、汽車、輪船等以石油化工產(chǎn)品為主要燃料的交通工具所排放的尾氣；固定源主要是制藥、石油化工、印刷、造紙、涂料、黏合劑等工藝過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄有機(jī)化合物。具體來(lái)說(shuō)，制藥工業(yè)產(chǎn)生的VOCs主要是硫醇類、醇類、酚類、醚類、脂肪酸類等；石化工業(yè)產(chǎn)生的VOCs主要是醛類、醇類等；合成樹(shù)脂和橡膠工業(yè)產(chǎn)生的VOCs主要有硫醇類、醚類、有機(jī)鹵素衍生物等；油脂類產(chǎn)生的VOCs主要有胺類、酮類、脂肪酸等；溶劑類工業(yè)產(chǎn)生的VOCs主要有酮類、醚類、有機(jī)鹵素衍生物等[3]。

1.3VOCs的種類

VOCs種類繁多，目前已被鑒別出的有300多種，其中大氣環(huán)境中常見(jiàn)的VOCs種類主要有[4]：芳香烴(苯、甲苯、二甲苯等)、脂肪烴(丁烷、汽油等)、鹵代烴(四氯化碳、氯仿、氯乙烯、氟里昂等)、醇(甲醇、丁醇等)、醛(甲醛、乙醛等)、酮(丙酮等)、醚(乙醚等)、酯(乙酸乙酯、乙酸丁酯等)及多環(huán)芳烴等。

1.4VOCs的危害及回收意義

VOCs來(lái)源復(fù)雜，種類又非常多，危害十分嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面。1)對(duì)環(huán)境的危害：VOCs是光化學(xué)反應(yīng)的前體，在陽(yáng)光照射及合適的條件下，VOCs會(huì)與氮氧化物發(fā)生一系列的光化學(xué)反應(yīng)，主要產(chǎn)生臭氧，形成光化學(xué)煙霧，造成光化學(xué)污染[5]。2)對(duì)生物的危害：VOCs大多具有難聞氣味，并對(duì)人的眼、鼻、喉、呼吸道和皮膚等產(chǎn)生刺激作用。3)致癌：許多VOCs都已經(jīng)被證明是致癌物或潛在致癌物。例如，苯在1993年時(shí)就被世界衛(wèi)生組織(WHO)認(rèn)定為致癌物質(zhì)，高濃度的苯會(huì)引起頭痛、頭暈、惡心等癥狀[6]。

由于VOCs的污染問(wèn)題關(guān)系到全世界的生態(tài)環(huán)境，很多國(guó)家已經(jīng)高度重視這個(gè)問(wèn)題。在多年以前，美、日、歐盟等就已經(jīng)執(zhí)行了非常嚴(yán)格的關(guān)于VOCs的排放標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)對(duì)于VOCs的關(guān)注和控制治理開(kāi)始時(shí)間比較晚，目前考慮的主要是如何解決VOCs帶來(lái)的污染, 而對(duì)于VOCs的回收關(guān)注并不多[7]。然而, 如果能夠有效地回收VOCs, 特別是高濃度、高價(jià)值的VOCs，將具有環(huán)境、健康、經(jīng)濟(jì)3方面的效益, 對(duì)推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生重大意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)每年消耗的汽油和某些易揮發(fā)的化工原料在四千萬(wàn)噸以上,按美國(guó)加州空氣資源委員會(huì)制訂的油品散發(fā)系數(shù)(加油站:2.54 g/L,煉油廠和油庫(kù):2.97 g/L)計(jì)算，我國(guó)每年因揮發(fā)而損失掉的輕質(zhì)油大約為47萬(wàn)t，若采取合適的方法進(jìn)行油氣回收可減少損失約為4.35萬(wàn)t，其價(jià)值約20億元人民幣[8]。

1.5常見(jiàn)的幾種VOCs處理技術(shù)

VOCs的處理技術(shù)[9-12]有很多，主要可以分為破壞技術(shù)和回收技術(shù)[13]。

破壞技術(shù)主要分為燃燒技術(shù)和生物技術(shù)。燃燒技術(shù)是指利用VOCs的可燃性性質(zhì)，在一定的溫度下將它通入到焚燒爐中燃燒，最終生成CO2和H2O，從而達(dá)到環(huán)境凈化的目的。然而在燃燒過(guò)程中易生成NOx，進(jìn)而造成二次污染。生物技術(shù)主要是生物過(guò)濾法，操作成本很低，但是具有選擇性，操作條件較為苛刻[14]，是指在生物濾床中吸收VOCs的方法。生物濾床內(nèi)裝有能夠形成生物膜的填料，VOCs經(jīng)過(guò)濕度控制后進(jìn)入生物濾床，然后生物膜上的生物在濾床里經(jīng)過(guò)一系列的新陳代謝作用將VOCs分解成CO2和H2O，從而凈化環(huán)境。

回收技術(shù)主要分為吸收技術(shù)、冷凝技術(shù)、膜分離技術(shù)、吸附技術(shù)等，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中通常是上述技術(shù)中的2種或2種以上相結(jié)合[14]。吸收技術(shù)是指將難揮發(fā)性或不揮發(fā)性的溶劑與VOCs充分接觸混合，然后將能夠溶于吸收劑的成分從廢氣中吸收分離出來(lái)。這種方法對(duì)吸收劑的選擇要求較高，吸收劑的回收處理也很麻煩，限制了其發(fā)展。冷凝技術(shù)是通過(guò)降低溫度將廢氣中的VOCs冷凝，從而達(dá)到分離的效果。該過(guò)程需要高壓低溫的條件，操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均較高，故不常使用[15]。膜分離技術(shù)是指依據(jù)有機(jī)物蒸氣和空氣透過(guò)膜的能力不同從而將VOCs分離的方法，但是膜分離法通常需要較高的操作能力，投資費(fèi)用較高，膜清洗難度大。吸附技術(shù)是指利用具有孔結(jié)構(gòu)的固體介質(zhì)(吸附劑)將VOCs吸附在其表面上，從而達(dá)到分離。常用的吸附劑有沸石分子篩、活性氧化鋁和活性炭等?；钚蕴康谋缺砻娣e較大，吸附容量高，是應(yīng)用最廣泛的VOCs吸附劑[16]，被廣泛應(yīng)用于各種蒸氣的分離純化[17]和溶液的處理中[18]。目前活性炭吸附回收法已經(jīng)成為環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[19]。

2活性炭對(duì)VOCs的吸附回收研究

活性炭對(duì)VOCs的吸附回收就是利用活性炭的吸附性質(zhì)先將VOCs吸附在活性炭上，再利用變壓或變溫的方法將其從活性炭上解吸，從而達(dá)到活性炭的回收再利用。

2.1吸附回收芳香烴

芳香烴主要包括苯、甲苯和二甲苯等，主要來(lái)源于染色劑、黏合劑、清潔劑等，對(duì)生物的生長(zhǎng)和生態(tài)環(huán)境有很大的危害。例如，苯已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織認(rèn)定為致癌物質(zhì)[20]，長(zhǎng)期接觸苯容易造成神經(jīng)系統(tǒng)和造血細(xì)胞損害，甚至引起白血病。

Asenjo等[21]用焦炭制得了活性炭，其比表面積為3 200 m2/g，并用來(lái)吸附溶液中的芳香烴化合物,此活性炭對(duì)苯的吸附值為860 mg/g，對(duì)甲苯的吸附值為1 200 mg/g，對(duì)苯和甲苯的混合物吸附值為1 200 mg/g，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明比表面積大的活性炭能夠較好地吸附芳香烴化合物。高瑞英等[22]研究了活性炭吸附苯系物的影響因素，發(fā)現(xiàn)苯系物的物化性質(zhì)、初始濃度和氣流量均對(duì)吸附過(guò)程有一定的影響，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,初始的濃度越大,透過(guò)時(shí)間越長(zhǎng)時(shí)，透過(guò)曲線越陡；在苯系物初始濃度相同的情況下,二甲苯的透過(guò)時(shí)間最短，苯的透過(guò)時(shí)間最長(zhǎng)。Liu等[23]使用活性炭從苯/氮的混合氣體中分離并回收苯，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的總時(shí)間為20 min,苯的回收率達(dá)到99 %。白洪亮[24]研究了改性后的活性炭對(duì)低濃度苯系物的吸附過(guò)程，同時(shí)，還深入研究了溫度、吸附壓力、流量等因素對(duì)苯脫除過(guò)程中的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用10 %的酸、堿交替浸漬處理活性炭9 h后，活性炭對(duì)苯的吸附量最大；在此酸堿改性基礎(chǔ)上，如果再將活性炭浸漬在0.2 mol/L的Fe2+離子溶液中24 h，活性炭對(duì)苯的吸附能力會(huì)大大增強(qiáng)，活性炭對(duì)苯脫除時(shí)再生溫度250 ℃、再生時(shí)間120 min，苯的脫除效果最佳，可以滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。

2.2吸附回收脂肪烴

脂肪烴類的主要代表物質(zhì)是丁烷、汽油等，如果能夠?qū)ζ溥M(jìn)行回收再利用，將會(huì)給社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)環(huán)境也會(huì)起改善作用。劉曉敏等[25-26]以木屑為原料，通過(guò)磷酸活化法制備的正丁烷吸附活性炭，當(dāng)孔徑分布在1.16～2.00 nm時(shí)對(duì)丁烷的活性起主要作用；當(dāng)孔徑分布在0.5～1.0 nm時(shí)對(duì)丁烷的吸附性能影響最大；當(dāng)孔徑分布在2.0～4.0 nm時(shí)對(duì)丁烷的工作容量有顯著影響。Huang等[27]提出了一種用于改善正丁烷吸附性能的新型復(fù)合吸附劑，并通過(guò)測(cè)定2種活性炭在硅酸鈉溶液中對(duì)丁烷的吸附，評(píng)估了丁烷的吸附等溫線和孔結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明，這種新型復(fù)合吸附劑的堆積密度隨著硅酸鈉溶液濃度的增大而增大。正丁烷在這2種活性炭中的吸附量分別較初始活性炭增大了1.04倍和1.53倍。黃維秋等[28]研究了活性炭吸附汽油的動(dòng)力學(xué)性能，結(jié)果表明，不同活性炭的飽和吸附時(shí)間差別不大，一般在40 min內(nèi)已經(jīng)達(dá)到或基本接近于飽和。低溫條件有利于活性炭對(duì)汽油的吸附，在20 ℃時(shí)新鮮活性炭的飽和吸附率為34 %，在30 ℃時(shí)則降為30 %。蔣劍春等[29]研究了丁烷吸附用顆粒活性炭的制備，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，孔徑分布在1.8～5 nm之間的活性炭,強(qiáng)度達(dá)到了96.95 %，丁烷工作容量達(dá)到了120 g/L。陸書(shū)明等[30]通過(guò)動(dòng)態(tài)吸附解吸測(cè)試裝置，研究了4種顆?；钚蕴炕厥?20號(hào)溶劑汽油的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)汽油的吸附率最高的是具有高比表面積的木質(zhì)活性炭，而對(duì)吸附汽油的解吸回收得率最高的是具有大微孔孔徑的椰殼活性炭。

2.3吸附回收鹵代烴

常見(jiàn)的吸附回收的鹵代烴有四氯化碳、三氯甲烷、氯乙烯、氟利昂等。四氯化碳是典型的肝臟毒物，可以增加心肌對(duì)腎上腺素的敏感性，從而引起嚴(yán)重的心律失常。三氯甲烷有麻醉性，在濕氣或氧氣中與鐵接觸時(shí)會(huì)反應(yīng)生成劇毒的光氣。氯乙烯易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物。而人們所熟知的氟利昂極易破壞臭氧層。因此，鹵代烴的吸附回收意義重大。

利用活性炭或改性活性炭對(duì)四氯化碳和三氯甲烷的吸附回收研究較多，如彭敏[31]采用粉末狀活性炭吸附水中的四氯化碳,研究了活性炭投入量、吸附溫度、吸附時(shí)間等因素對(duì)吸附效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)加入的粉末狀活性炭為80 mg/L、吸附時(shí)間為120 min時(shí),可以將0.02 mg/L的四氯化碳處理至生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限[32](0.002 mg/L)以下，并且該吸附過(guò)程主要是物理吸附,與Freundlich吸附等溫線模式相符合。安麗等[33]用活性炭纖維吸附水中的三氯甲烷，結(jié)果表明三氯甲烷吸附容量的大小與活性炭纖維的比表面積成正比。郭亞萍等[34]研究了在電場(chǎng)作用下活性炭對(duì)水中三氯甲烷的吸附特性，并測(cè)定了活性炭在不同電位下對(duì)三氯甲烷的吸附量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性炭的吸附量與活性炭上所加的控制電位有關(guān)，活性炭的吸附量在陽(yáng)極極化時(shí)增大，在陰極極化時(shí)減少，并且當(dāng)初始濃度為100 μg/L的三氯甲烷溶液被活性炭吸附時(shí)，等量的活性炭在陽(yáng)極極化下可以得到最大的吸附量，其吸附量數(shù)值是無(wú)電場(chǎng)時(shí)的1.6倍。夏啟斌等[35]研究了經(jīng)過(guò)不同的金屬改性后的活性炭對(duì)三氯甲烷和二氯甲烷吸附的影響，實(shí)驗(yàn)中用浸漬法將4種不同的金屬離子負(fù)載在活性炭上制備改性活性炭，并測(cè)定了三氯甲烷和二氯甲烷這2種有機(jī)物在改性活性炭上的吸附透過(guò)曲線，探究了經(jīng)過(guò)不同金屬離子改性后的活性炭對(duì)三氯甲烷和二氯甲烷吸附性能的影響，結(jié)果表明，不同的金屬離子負(fù)載在活性炭上形成的改性活性炭對(duì)三氯甲烷和二氯甲烷的吸附能力有很大差異，具體的吸附能力大小為：Fe3+-AC>Mg2+-AC>Cu2+-AC>AC>Ag+-AC?；钚蕴吭谖交厥章纫蚁┖头旱塞u代烴方面也有不少研究，如在傳統(tǒng)氯乙烯尾氣回收裝置中，大多工廠采用顆?；钚蕴孔鳛槲讲牧希に嚵鞒梯^為復(fù)雜。李守信等[36]采用活性炭纖維來(lái)代替顆?；钚蕴窟M(jìn)行吸附工藝研究，在該吸附過(guò)程中，每千克氯乙烯脫附蒸氣的消耗量由原來(lái)的6 kg降低到1.5 kg，可以看出其脫附蒸氣的用量明顯降低，而且氯乙烯的質(zhì)量和回收率也大幅度增高，其回收率在90 %以上，尾氣排放在1 %以下。張文智等[37]研究了活性炭纖維氈吸附回收裝置對(duì)聚氯乙烯生產(chǎn)裝置尾氣中的氯乙烯吸附回收的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氯乙烯回收率高于95 %，并且回收的氯乙烯單體質(zhì)量較好。王芳輝等[38]介紹了活性炭纖維是一種能夠有效吸附氟利昂的材料，比顆粒狀活性炭對(duì)氟利昂有更大的吸附量。

2.4吸附回收醇類

甲醇是VOCs中醇類的主要代表物。甲醇有較強(qiáng)的毒性，對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，容易產(chǎn)生毒性反應(yīng)。工業(yè)酒精中含有大約4 %的甲醇，誤飲后會(huì)產(chǎn)生甲醇中毒。李立清等[39]研究了酸性改性后的活性炭對(duì)甲苯和甲醇的吸附性能影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用濃度均為1 mol/L的硝酸、鹽酸和硫酸3種酸分別對(duì)商業(yè)活性炭進(jìn)行浸漬改性，然后對(duì)改性后的活性炭進(jìn)行表征，結(jié)果表明，活性炭表面酸性含氧基團(tuán)增加時(shí)，活性炭對(duì)甲醇的吸附量增大，而且，酸性改性活性炭的吸附量與總孔容、比表面積等有良好的線性關(guān)系。李立清等[40]在600、700、800 ℃下對(duì)活性炭進(jìn)行微波輻照加熱改性，結(jié)果表明，隨著溫度逐漸升高，活性炭表面上的堿性基團(tuán)逐漸形成，而酸性基團(tuán)大量分解，經(jīng)微波改性后的活性炭對(duì)甲醇的吸附增強(qiáng)。

2.5吸附回收醛類

甲醛作為防腐劑廣泛應(yīng)用于建材、裝修和家具材料，并容易滲透到其內(nèi)部，致使在新裝建室內(nèi)空氣中甲醛的釋放量明顯增多。此外，甲醛對(duì)呼吸道黏膜有刺激性作用，長(zhǎng)期慢性刺激容易誘發(fā)呼吸道炎癥。目前，甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸物質(zhì)。乙醛的化學(xué)性質(zhì)活潑，不僅經(jīng)常伴隨甲醛污染室內(nèi)空氣，造成生活中其他污染也很多，低濃度的乙醛會(huì)引起眼、鼻及上呼吸道刺激癥狀及支氣管炎；高濃度吸入尚有麻醉作用，表現(xiàn)有頭痛、嗜睡、神志不清及支氣管炎、肺水腫、腹瀉、蛋白尿肝和心肌脂肪性變；且對(duì)皮膚有致敏性。活性炭可以較好的吸收空氣中的甲醛、乙醛和其他有害氣體，目前針對(duì)活性炭吸附回收此類醛類的研究非常廣泛。

胡劉平等[41]通過(guò)研究活性炭吸附甲醛的影響，發(fā)現(xiàn)活化溫度為750～850 ℃并加以改性后的活性炭對(duì)甲醛的動(dòng)態(tài)吸附率為90.6 %，是竹活性炭吸附率的4倍、是椰殼活性炭吸附率的1.5倍，表明這種活性炭可以有效吸附甲醛。王彬等[42]主要研究了硝酸改性后的活性炭對(duì)甲醛吸附性能的影響，重點(diǎn)研究了硝酸的濃度、浸漬比、浸漬時(shí)間和浸漬溫度等因素對(duì)甲醛吸附的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)硝酸為35 %、漬比為1：4、浸漬時(shí)間為24 h、浸漬溫度為30 ℃時(shí)，活性炭對(duì)甲醛的吸附量最大。蔡健等[43]對(duì)活性炭纖維進(jìn)行表面改性，分別用HNO3、NH3-NH4Cl、H2O2等處理活性炭纖維表面，并經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用H2O2改性后的活性炭對(duì)甲醛的吸附效果最佳。劉治濤等[44]用酸、堿、殼聚糖等對(duì)活性炭表面進(jìn)行了改性處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)活性炭表面上的堿性基團(tuán)變化對(duì)乙醛的吸附有顯著影響，用殼聚糖和硫酸銅處理后的改性活性炭，比原活性炭對(duì)乙醛的吸附量增加了41.9 %。

2.6吸附回收酮類

酮類是VOCs的另一大類主要組成成分。酮類廣泛用于染料、有機(jī)溶劑、橡膠的生產(chǎn)過(guò)程中，普遍存在于建材裝修材料中，容易對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。王永義等[45]研究了活性炭對(duì)廢水中環(huán)己酮的吸附影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于質(zhì)量濃度為2.0 g/L的環(huán)己酮廢水,在吸附過(guò)程中，當(dāng)活性炭的最佳投入量為20 g/L、吸附pH值為5時(shí)，吸附量達(dá)到最大。伏廣龍等[46]研究了H2O2/Fe2+和活性炭在環(huán)嗪酮廢水處理中的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果最終確定在200 mL廢水中，當(dāng)30 %H2O2投入量為0.4 mL、FeSO4·7H2O的投入量為0.3 g、氧化的pH值為4,吸附溫度為30 ℃、活性炭投入量為7 g、處理40 min時(shí)，其廢水化學(xué)需氧量的去除率為80.06 %。沈秋月[47]對(duì)不同沸點(diǎn)的幾種氣態(tài)有機(jī)物進(jìn)行了吸脫附和冷凝回收過(guò)程研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)丁酮的進(jìn)口濃度為某一固定值時(shí)，隨著氣體流速的增大，穿透曲線變陡；在一定的流速下，隨著丁酮進(jìn)口濃度的增大，活性炭層更容易被穿透，并且更容易達(dá)到吸附飽和,活性炭對(duì)丁酮的吸附容量在0.11～0.289 g/g范圍內(nèi)變化。

2.7吸附回收醚類

醚類是另一種危害環(huán)境的有機(jī)化合物，曾樂(lè)等[48]運(yùn)用動(dòng)態(tài)吸附法研究了5種活性炭纖維對(duì)乙醇和乙醚及模擬混合廢氣中的乙醇和乙醚的吸附性能過(guò)程,實(shí)驗(yàn)測(cè)定， 5種活性炭纖維的特性比較如下：1)比表面積大小ACF-5>ACF-1>ACF-4>ACF-2>ACF-3；2)總孔容積大小ACF-5>ACF-4>ACF-1>ACF-3>ACF-2；3)微孔體積大小ACF-5>ACF-4>ACF-1=ACF-2>ACF-3；4)中孔體積大小ACF-5>ACF-4>ACF-1>ACF-3>ACF-2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果探究表明，比表面積較大、孔體積較大時(shí)，吸附效果更佳,在室溫、乙醚的質(zhì)量濃度為13.0 mg/L時(shí)，分別用ACF-1、ACF-2、ACF-3、ACF-4這4種活性炭纖維吸附乙醚，對(duì)乙醚的穿透吸附量和飽和吸附量分別為50～65 mg/g和301～344 mg/g；當(dāng)模擬混合廢氣中乙醚的質(zhì)量濃度為11.6 mg/L、吸附時(shí)間為120 min時(shí)，ACF-5對(duì)乙醚的吸附量為223 mg/g，這是由于ACF-5的比表面積和孔體積均大于其他4種的比表面積和孔體積，因此ACF-5對(duì)乙醚的吸附量也會(huì)增大。胡娟等[49]考查了6種不同材質(zhì)不同活化方式的活性炭對(duì)低濃度甲基叔丁基醚(MTBE)的最大吸附量和在吸附過(guò)程中的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低濃度范圍內(nèi)MTBE的初始濃度對(duì)活性炭的吸附容量沒(méi)有顯著影響。在相同初始濃度下，6種活性炭對(duì)MTBE的吸附能力大小為：JHBG1>1JHBG2>GCN830≥F300>YK>Bamboo，其中的2種國(guó)產(chǎn)竹炭(JHBG1和JHBG2)對(duì)MTBE的吸附量較其他幾種對(duì)MTBE的吸附量大。同時(shí)，經(jīng)過(guò)活性炭吸附容量數(shù)據(jù)估算，這6種活性炭對(duì)低濃度MTBE的最小理論耗炭量大小比較為：YK>Bamboo>GCN830>JHBG2>JHBG1,表明JHBG1和JHBG2這2種國(guó)產(chǎn)竹炭有較好的吸附性能。

2.8吸附回收酯類

酯類是另一類VOCs，其對(duì)環(huán)境和生物體的破壞力也非常強(qiáng)。例如，人體吸入乙酸乙酯會(huì)有咳嗽、頭暈、腹瀉等癥狀，誤服乙酸乙酯后人體會(huì)產(chǎn)生惡心、嘔吐等癥狀，長(zhǎng)期接觸時(shí)可致角膜渾濁、白細(xì)胞增大等。

在活性炭對(duì)酯類的吸附研究過(guò)程中，張寶等[50]研究了活性炭的孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)及濕度對(duì)活性炭吸附乙酸乙酯過(guò)程的影響。結(jié)果表明，影響乙酸乙酯吸附的主要因素是活性炭的微孔(<1.70 nm)結(jié)構(gòu)，而活性炭表面的化學(xué)性質(zhì)對(duì)乙酸乙酯的吸附?jīng)]有明顯影響。在溫度為40 ℃、乙酸乙酯體積分?jǐn)?shù)為0.30%時(shí)，2種椰殼活性炭對(duì)乙酸乙酯的飽和吸附量分別為0.31和0.28 g/g。在相對(duì)濕度低于40 %時(shí)，活性炭對(duì)乙酸乙酯的飽和吸附量仍然可以達(dá)到其在干燥條件下相應(yīng)值的90 %。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該種新鮮活性炭可以反復(fù)循環(huán)用于乙酸乙酯的吸附并且不會(huì)改變其吸附性能。張彤等[51]研究了溫度、氣體流速、氣體濃度這3個(gè)因素對(duì)活性炭纖維吸附乙酸乙酯過(guò)程的影響。結(jié)果表明，對(duì)活性炭纖維的平衡吸附量影響最大的因素是溫度，溫度升高，平衡吸附量下降，且這3個(gè)因素對(duì)穿透層高度影響均不顯著。

3總 結(jié)

本文主要介紹了幾類揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)及其回收技術(shù)，簡(jiǎn)述了活性炭在吸附回收VOCs方面的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了活性炭對(duì)芳香烴、脂肪烴、鹵代烴、醇類、醛類、酮類、醚類和酯類這幾類揮發(fā)性有機(jī)化合物的研究現(xiàn)狀。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的迅猛進(jìn)步，人們對(duì)賴以生存的居住環(huán)境提出了更高的要求，對(duì)于VOCs治理的力度也會(huì)越來(lái)越大，同時(shí)治理VOCs的措施也會(huì)變得更加合理和有效?；钚蕴孔鳛橐环N具有大比表面積的吸附劑，如果能夠具有更佳的吸附性能、尋找到行之有效的改性方法、加強(qiáng)吸附過(guò)程影響因素的研究，則必將在VOCs治理中發(fā)揮更重要的作用。

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Recovery and Adsorption of Volatile Organic Compounds by Activated Carbon

HUANG Li1,2, LIU Shi-cai2, ZHU Guang-zhen1,2, YANG Hua2

(1. Research Institute of Forestry New Technology,CAF, Beijing 100091, China; 2. Institute of Chemical Industry of Forest Products,CAF;National Engineering Lab. for Biomass Chemical Utilization;Key and Open Lab.of Forest Chemical Engineering,SFA;Key Lab. of Biomass Energy and Material,Jiangsu Province, Nanjing 210042, China)

Abstract:The definition,sources,sorts,harmfulness,and regeneration of volatile organic compounds(VOCs) were briefly introduced.VOCs meant carbon compounds which could react in atmospheric photochemical reactions, except CO, CO2, H2CO3, metal carbides, metal carbonates and ammonium carbonates. The sources of VOCs were mainly from the petroleum chemical industry as the waste gas mainly produced by fuel vehicles and technological process of organic compounds. They did serious harm to the environment. At present, the main treating technology contained damage and recovery, and the treatment of VOCs using activated carbon was a research hotspot. The adsorptions and recovery of several common organic compounds such as aromatic and fatty hydrocarbons,halogenated hydrocarbons, aldehydes, ketones, ethers and esters on activated carbon were introduced in this review.

Key words：activated carbon；VOCs；adsorption；desorption

doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2016.01.010

收稿日期：2015-07-28

基金項(xiàng)目：中國(guó)林科院林業(yè)新技術(shù)所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(CAFINT2014C09)

作者簡(jiǎn)介：黃 麗(1991—),女，湖北黃岡人，碩士生，主要從事生物質(zhì)炭材料的制備及應(yīng)用研究 *通訊作者： 劉石彩，湖南人，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事生物質(zhì)能源及活性炭研究； E-mail: lshicai@sina.com。

介紹了揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的來(lái)源、種類、危害、回收意義以及常見(jiàn)的回收技術(shù)。VOCs是指除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外，所有參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物，主要來(lái)源于以石化產(chǎn)品為主要燃料的交通工具產(chǎn)生的尾氣和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣等，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。目前主要的處理技術(shù)有破壞技術(shù)和回收技術(shù)，其中活性炭吸附技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。重點(diǎn)介紹了活性炭對(duì)芳香烴、脂肪烴、鹵代烴、醇類、醛類、酮類、醚類和酯類這幾種主要的VOCs的吸附回收技術(shù)及研究進(jìn)展。

中圖分類號(hào):

TQ35；TQ424

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào)：1673-5854(2016)01-0050-07

·綜述評(píng)論——生物質(zhì)材料·