工业有机废气吸附技术的特点及应用张海瑛

工业有机废气吸附技术的特点及应用张海瑛

张海瑛

杭州泽予科技发展有限公司，浙江杭州310000

摘要：有机废气处理的技术主要分为物理方法和化学方法也就是回收利用和直接销毁。随着经济的高速发展，石油化工、印刷印染等行业的工业企业产生的工业有机废气越来越多。挥发性有机化合物(VOCs)一般是指在标准状态下饱和蒸汽压较高、沸点较低、分子质量小、常温状态下易挥发的有机化合物。

关键词：工业有机废气吸附技术；特点；应用；

前言：近年来，随着我国工业企业的发展，环保问题也日益突出。上世纪的环保治理焦点比较着重于污水排放，但随着大气环境污染日益加剧，雾霾等现象已严重影响人们的日常生活，工业废气乱排放问题逐渐受到重视，大气污染治理任务亦更加艰巨。

一、工业有机废气的危害

有机废气的来源主要就是工业生产时排放各种各样的有机废气，这些有机废气数量大含量也有不同，还具有毒性，主要包含的种类有各种烃类、醇类、酮类等。它们来源广泛，例如金属制品生产时产生的气味，石油行业、化工行业以及汽车领域喷漆等。不同行业产生的有机废气是不相同的，因此它对人体产生的危害也是来自不同方面的，目前来说比较常见的有机废气中对人体的危害主要有以下表现。苯类的有机物可以损坏人的中枢系统，影响神经系统，当苯蒸气在空气中的浓度含量达到2%时会致死。多环芳烃的有机物是一种很强的致癌物。苯酸类的有机物是通过让细胞中的蛋白质发生变形,从而导致全身中毒。当发生腈类的有机物中毒时，会有窒息的感觉，无法呼吸，最严重会丧失意识直至死亡。有机物的硝基苯可以影响神经系统、血和肝、脾器官的功能，而且皮肤与有毒物质的接触严重吸收毒气也可导致死亡。芳香胺类的有机物也是一种致癌物质，苯胺进人体会有缺氧的症状。有机的氮化合物可以致癌。有机磷的化合物会通过降低血液中胆碱脂酶的活性，从而使神经系统产生功能性的障碍。有机硫化合物中,会根据浓度不同有不同的影响，当低浓度的时候，硫醇初步只是引起不适，当高浓度的时候严重可致人死亡。

二、吸附特点分析

吸附质被吸附剂吸附的过程可分为三步：第一步外扩散：吸附质从流体主体通过扩散（分子扩散与对流扩散）传递到吸附剂颗粒的外表面。因为流体与固体接触时，在紧贴固体表面处有一层滞流膜，所以这一步的速率主要取决于吸附质以分子扩散通过这一滞流膜的传递速率。第二步内扩散：吸附质从吸附剂颗粒的外表面通过颗粒上的微孔扩散进入颗粒内部，到达颗粒的内部表面。第三步吸附：吸附质被吸附剂吸附在内表面上。对于物理吸附，第三步通常是瞬间完成的，所以吸附过程的速率通常由前二步决定，据内、外扩散速率的相对大小分为：外扩散控制、内扩散控制和内外扩散联合控制三种。化学吸附热与化学反应热相近，比物理吸附热大很多。如二氧化碳和氢在各种吸附剂上的化学吸附热为83,740J/mol和62,800J/mol，而这两种气体的物理吸附热约为25,120J/mol和8374J/mol。物理吸附没有很高的选择性，其主要取决于气体或液体的物理性质及吸附剂的特性。而化学吸附具有较高的选择性，如氯可以被钨或镍化学吸附。化学吸附时，温度对吸附速率的影响较显著，温度升高则吸附速率加快，因其是一个活化过程，故又称活化吸附。而物理吸附即使在低温下，吸附速率也可能较大，因它不属于活化吸附。化学吸附总是单分子层或单原子层，而物理吸附则不同，低压时，一般是单分子层，随着吸附质分压增大，吸附层可能转变成多分子层。

三、吸附工艺应用

1.活性炭吸附。简单地说，活性炭是有很多的孔，从而大大地增加了表面积，有较强的吸附能力。活性炭是一种有很多孔的含碳物质，它的原理就是通过孔增加与气体杂质的接触面积，将气体和杂质吸附到自身里面从而起到净化的作用。而且活性炭的运用在日常生活中也很广泛，例如冰箱和空调采用的活性炭过滤达到除味防止细菌的作用。还有一些高科技产品活性炭过滤网能够吸收和抑制空气中的病毒，让室内的空气保持清新。还有我们饮用的净水也是为了达到国家直接饮用净水标准而采取臭氧消毒和活性炭过滤的处理。而且目前因为空气中雾霾比较严重，新出了一种防雾霾口罩中也会加一层活性炭，而且活性炭在口罩中可以连续保持10h的干燥。活性炭还应用于防毒面具和游泳池换水时。不仅如此，活性炭在美容的方面也有研究，目前一些比较流行的活性炭洗面奶、清洁面膜就是通过吸走毛孔里的污垢达到洁面的效果。活性炭的原料也比较健康，主要原料是果壳，它的主要流程是：通过引风机吸走废气，然后管道输送到旋流板进行洗涤净化，当气体上升到达旋流板时，通过数量比较多的旋流叶片进行切割，产生较大的离心力，再从上向下喷雾状的液体，使气体和液体充分的混合，有机废气中的气体，剩余的一些颗粒在被循环液吸进入循环水池。经过旋流板洗涤净化之后的气体，在进入UV光解净化器这一过程，主要是通过把二氧化钛当作催化剂，再与空气相接触产生臭氧，臭氧能够分解氧化有机物；同时也起到将大分子有机物在紫外线的作用下，转化为小分子，然后再反应生成水和二氧化碳，从而起到去除杂物的效果。UV光解虽然也能起到效果，但是它的效率相对较低，为了达到净化效果保证废弃的达标排放，所以在后面再增加一个活性炭吸附装置。因为经过前期的一系列处理，废气中的有机物浓度已经得到降低，再通过活性炭吸附有机物，这样既减轻了活性炭吸附的工作压力，又相当于延长活性炭的使用时间。当然，为了保证工作效率和效果，在这个装置中喷淋水的循环使用一段时间后就要更换，因为废水中也含有污染物质，还需要一个净化水的装置进行处理。这一系列操作工艺的优点就是操作比较简单，容易管理，而且投资生产资金比较低。当然，这个装置也是有缺点的，因为活性炭受饱和度的影响需要使用一段时间就要替换活性炭，所以对于活性炭成本用量比较多。

2.合成沸石（分子筛）应用。沸石吸附剂是具有特定而且均匀一致孔径的多孔吸附剂，其只能允许比其微孔孔径小的分子吸附上去，比它孔径大的分子则不能进入，有筛分子的作用，故称为分子筛。分子筛早在1756年就被发现，但在工业上得到应用，则是在1954年美国联合碳化物公司完成人工合成分子筛以后。从此，各国竞相研究，相继应用。我国是在20世纪50年代末60年代初完成人工合成分子筛的研究，并工业化生产和应用。据统计，世界合成分子筛的型号已有100多种，但用量较多、应用较广的仍是A型、X型和Y型，其它用量不大。根据原料配比、组成和制造方法不同，可以制成不同孔径（一般从3A到8A）和形状（圆形、椭圆形）的分子筛。根据VOC废气成分的区别，分子筛的具体参数也不尽相同，如标称孔径、堆积密度、颗粒直径、抗压强度、晶胞常数、比表面积等都有区别。分子筛是极性吸附剂，对极性分子，尤其对水具有很大的亲和力。由于分子筛突出的吸附性能，使得它在吸附分离中有着广泛的应用，主要用于各种气体和液体的干燥，芳烃或烷烃的分离及用作催化剂及催化剂载体等。

结束语：吸附法的优点在于去除效率高、能耗低、工艺成熟、脱附后溶剂可回收。缺点是设备庞大、流程复杂、投资后的运行费用较高且有二次污染产生，当废气中有胶粒物质或其他杂质时，吸附剂易中毒。。而活性炭吸附工艺相对来说，投资小而且效率比较高而稳定，在以后的发展中活性炭吸附工艺一定会受到更广泛的运用。而且活性炭还能与其他工艺相搭配，通过有机废气中物质含量的不同选用更合理的工艺达到更好的效果。

参考文献：

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[2]徐波,崔灵丰,皇甫铮.低浓度、大风量有机废气治理工艺应用研究[J].化工时刊,2018(3):69-71.

［3]依成武，刘洋，马丽，欧红香，金婷玲《有机废气的危害及治理技术》，安徽农业科学，2019.