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果壳活性炭在气相中的应用

时间:2018/4/30 9:36:43

时至今日,果壳活性炭不但在国防、制药、化工、电子、环境保护及能源储存获得了广泛应用,而且作为家用净水剂、食品、饮料、冰箱除臭剂、防臭鞋垫和香烟过滤嘴等制品的核心材料,已经和人们的生活建立了密切的关系。本文章主要讲述果壳活性炭在气相中的应用:工业气体的精制分离、有毒有害气体的净化、挥发性有机溶剂的回收和储能技术。

果壳活性炭

工业气体的精制分离

精制是在含有主要有效成分的介质中,用果壳活性炭吸附除去不需要的杂质成分,以提高产品价值的操作;分离是将几种成分组成的气体或液体,利用果壳活性炭的吸附作用分离成不同成分或成分组合的操作。

气体分离技术从20世纪初开始发展,目前已广泛应用。如空气分离以制取氧、氮、氩及稀有气体;合成氨池放气分离回收氢、氩及其他稀有气体;天然气分离提取氦气;焦炉气及水煤气分离获得氢或氢氮混合气等。科学技术的发展对气体分离技术不断提出新的要求,如经济合理地提供各种纯度的气体,综合利用工业废气以及进一步提纯中间产品等。常用的方法有薄膜渗透法、吸收法、分凝法、精馏分离法、吸附法。

1、薄膜渗透法

利用混合气体中各组分对有机聚合膜的渗透性差别而使混合气体分离的方法。这种分离过程不需要发生相态的变化,不需要高温或深冷,并且设备简单、占地面积小、操作方便。

2、吸收法

用适当的液体溶剂来处理气体混合物,使其中一个或几个组分溶解于溶剂中,从而达到分离的目的,这种方法称为吸收法。在吸收过程中,被溶解气体组分为溶质(或吸收质),所用的液体溶剂为吸收剂,不被溶解的气体为惰性气体。

吸收法的基本原理是利用气体混合物中各组分在吸收剂中溶解度的不同,从而将其中溶解度大的组分分离出来。

果壳活性炭用于工业气体的精制分离

3、分凝法

分凝法亦称部分冷凝法,它是根据混合气体中各组分冷凝温度的不同,当混合气体冷却到某一温度后,高沸点组分凝结成液体,而低沸点组分仍为气体,这时将气体和液体分离即将混合气中的组分分离。

4、精馏分离法

气体混合物冷凝为液体后成为均匀的溶液,虽然各组分均能挥发,但有的组分易挥发,有的组分难挥发,在溶液部分气化时,气相中含有易挥发组分将比液相中的多,使原来的混合液达到某种程度的分离;而当混合气体部分冷凝时,冷凝液中所含的难挥发组分将比气相中的为多,也能达到一定程度的分离。虽然这种分离是不完全的,与所要求的纯度相差很多,但可利用上述方法反复进行,使能逐步达到所要求的纯度,这种分离气体的方法称为精馏。

在工业中,用精馏方法分离液体混合物的应用是很广泛的,如石油炼制中,将原油分为汽油、煤油、柴油等一系列产品,氨水溶液分离、氢和重氢分离、氧和氮分离等,精馏方法特别适宜于被分离组分沸点相近的情况,因为用这种分离方法通常是大规模生产中最经济的。

5、吸附法

气体混合物的吸附分离是依靠各组分在固体吸附能力的差异而进行的。用来吸附可吸附组分的固体物质称为吸附剂,被吸附的组分称为吸附质,不被吸附剂吸附的气体叫惰性气体。工业吸附剂应具有下列性质:对吸附质有高的吸附能力;有高的选择性;有足够的机械强度;化学性质稳定;供应量大;能多次再生;价格低廉。日前主要使用的吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝及沸石分子筛。

图1列举一些常用吸附剂的特性:

图1 常用吸附剂的特性

综合上述几种分离精制工业气体的方法:从经济效益、成本、设备和其效果来看。活性炭吸附法已经成功地应用于工业,工艺路线也比较成熟。

有毒有害气体的净化

大气范围很大,地球上大气层厚约100km,通常将距地面约10km的对流层大气成为空气,尤其是9km以下的边界层对人类的影响最大,是主要空气污染区域。由于人类活动或自然过程,排放到大气中对人类环境产生不利影响的物质,统称空气污染物。室外大气的空气污染物主要包括:粉尘/可吸入颗粒物、二氧化硫、氮氧化合物、一氧化碳等;室内空气污染物主要包括:甲醛、氟利昂,厨房油烟(一氧化碳二氧化硫、丙烯醛、苯并(a)芘等)、烟草燃烧的烟雾(一氧化碳、尼古丁、醛类、苯并(a)芘等)以及放射性物质等。而这些废气与具有比表面积大的多孔的果壳活性炭接触,废气中的污染物被吸附,使其与气体混合物分离,从而达到净化目的。

果壳活性炭用于有毒有害气体的净化

用于气体吸附的果壳活性炭是颗粒状的,并且有下列特征:

1、吸附气体的种类多;

2、多数情况下对于混合气体也有效;

3、受空气中的水蒸气和二氧化碳的影响不大;

4、吸附速率快;

5、可以设计成携带式、移动式装置;

6、在大多数场合下果壳活性炭可以再生;

7、废弃时,果壳活性炭本身的污染小。

挥发性有机溶剂的回收

在橡胶、塑料、纺织、印刷、油漆、军工、片基等领域的工业生产过程中,要使用大量的挥发性有机溶剂。这些溶剂均可用果壳活性炭回收。

用果壳活性炭吸附法回收溶剂的特征:对低浓度溶剂并且对几乎所有溶剂都能进行有效的处理。特别是低浓度溶剂的活性炭吸附法中,可以比较容易地净化到10-6。例如,在用冷凝法回收甲苯、己烷时,即使冷却到-10℃,甲苯和己烷还是分别以约4%、3%的相当高的浓度排出。这种倾向在以防治公害为目的的回收中,显示出果壳活性炭吸附法的优越性。

果壳活性炭用于挥发性有机溶剂的回收

果壳活性炭溶剂回收的原理:溶剂回收的目的是采用一定的方式将上述工业生产排出的有机废气回收,并在生产中重复使用,既减少了大气污染,保护了工人的身体健康,又降低了生产成本。采用果壳活性炭的溶剂回收工艺是将含有有机溶剂蒸气的混合气体通入装填果壳活性炭的反应器,依靠果壳活性炭的选择吸附能力把溶剂蒸气吸附在活性炭上,脱除溶剂蒸气的净化空气从反应器另一端流出;果壳活性炭吸附饱和后,停止吸附,然后进行再生,再生时一般用水蒸气,使吸附在果壳活性炭上的溶剂脱除,再将解吸的蒸气冷凝,回收有机溶剂;再生后的果壳活性炭干燥冷却后再循环使用。

果壳活性炭溶剂回收技术适合于溶剂蒸气浓度为1-20g/cm3的气体回收溶剂,而且其回收效率大于90%;溶剂蒸气浓度与空气混合物的浓度能够保持低于爆炸下限,所以生产比较安全;果壳活性炭回收溶剂成本低,工艺简单,适用范围广。

储能技术

能量的储存是一种新型节能技术,是国内外广大专家学者的研究热点之一,其研究的主要方法包括力学、电磁、电化学等。其中含能物质(如氢气、天然气等)的有效储存、钾离子电池和超高电容器的储能材料的研究,尤其受到科技工作者的高度关注。多孔炭质材料具有的超大比表而积和极强吸附力的特性,赋予其优异的储能活性。

果壳活性炭用于储能技术

果壳活性炭是多孔炭的代表,是经活化的多孔、有大内表面积和孔容积,以碳素为主要构成元素的具有高表面积活性炭的炭。同时,果壳活性炭具有质轻、对少量杂质不敏感,可重复使用等优点,作为储能材料有着光明的应用前景。

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