有機(jī)廢氣活性炭吸附再生一體化設(shè)備研制【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　環(huán)境工程</b></p><p>　　有機(jī)廢氣活性炭吸附再生一體化設(shè)備研制</p><p>　　The Equipment Development for Activated Carbon Adsorption of Organic Gases

2、 and its Regeneration</p><p>　　有機(jī)廢氣活性炭吸附再生一體化設(shè)備研制</p><p>　　摘要：研究結(jié)合低溫等離子體技術(shù)和活性炭特性設(shè)計(jì)了一個(gè)活性炭吸附再生一體化設(shè)備，驗(yàn)證了其有機(jī)廢氣凈化效果和活性炭再生性能，從放電電極、氣隙尺寸、活性炭用量和運(yùn)行條件方面提出了優(yōu)化設(shè)備裝置的建議。該設(shè)備有機(jī)廢氣處理效果好，主要突破是克服了活性炭不能原位再生的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了活性

3、炭吸附過程和再生過程的一體化。</p><p>　　關(guān)鍵詞：活性炭；低溫等離子體；吸附再生</p><p>　　The Equipment Development for Activated Carbon Adsorption of Organic Gases and its Regeneration</p><p>　　Abstract :A AC ad

4、sorption-regeneration device is designed in this paper with the combination of low temperature plasma technology and activated carbon, then it is verified good purification efficiency of organic waste gases and high rege

5、neration rate and is proposed from discharge electrode, air-gap size, AC consumption and operation conditions in order to optimized its entire unit. The device has high treatment efficiency of organic waste gases, and it

6、s major breakthrough is to overcome the def</p><p>　　Key words：Activated carbon; low temperature plasma; Adsorption-regeneration</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　1

7、緒論3</b></p><p>　　1.1我國空氣質(zhì)量3</p><p>　　1.2有機(jī)廢氣污染現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3有機(jī)廢氣的來源與危害3</p><p>　　1.4有機(jī)廢氣的治理方法4</p><p>　　1.4.1吸收洗滌法、冷凝法、生物膜法4</p>

8、<p>　　1.4.2活性炭吸附法4</p><p>　　1.5活性炭再生5</p><p>　　1.5.1熱再生法6</p><p>　　1.5.2減壓再生法6</p><p>　　1.5.3臭氧再生法6</p><p>　　1.5.4光催化再生法7</p><p

9、>　　1.5.5微波超聲波再生法7</p><p>　　1.6低溫等離子體研究展望7</p><p>　　1.6.1等離子體概述7</p><p>　　1.6.2低溫等離體的特點(diǎn)和產(chǎn)生方式7</p><p>　　1.6.3廢氣凈化低溫等離子體作用原理8</p><p>　　1.6.4廢氣凈化

10、低溫等離子體的應(yīng)用8</p><p>　　2研究思路與研究內(nèi)容9</p><p>　　2.1存在的問題與研究思路9</p><p>　　2.2研究內(nèi)容9</p><p>　　3活性炭吸附再生一體化設(shè)備研制10</p><p>　　3.1裝置設(shè)計(jì)原理10</p><p>　　

11、3.2設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.1反應(yīng)器結(jié)構(gòu)11</p><p>　　3.2.2實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)12</p><p><b>　　4實(shí)驗(yàn)部分13</b></p><p>　　4.1實(shí)驗(yàn)原理13</p><p>　　4.2實(shí)驗(yàn)原料14</p>&

12、lt;p>　　4.3實(shí)驗(yàn)儀器14</p><p>　　4.4實(shí)驗(yàn)方法15</p><p>　　4.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析16</p><p>　　4.5.1吸附過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析16</p><p>　　4.5.2脫附過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析19</p><p>　　5設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化22</p&

13、gt;<p>　　5.1裝置優(yōu)化22</p><p>　　5.2運(yùn)行條件優(yōu)化23</p><p><b>　　6結(jié)論23</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)24</p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　緒論<

14、;/b></p><p><b>　　我國空氣質(zhì)量</b></p><p>　　2008年，全國有519座城市報(bào)告了空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，空氣質(zhì)量為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的只有21個(gè)城市，占所有城市的比例是4%，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的比例分別為72.8%和21.8%，其余所占比例約為1.4%的7個(gè)城市空氣質(zhì)量低于三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。全國地級(jí)及以上城市的達(dá)標(biāo)比例為76.1%，縣級(jí)以上城市達(dá)標(biāo)比例為

15、85.6%?？諝赓|(zhì)量達(dá)到國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的占2.2%，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)占64.9%，三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為26.9%，劣于三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的為1.5%。SO2年均濃度到達(dá)國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的占85.2%，0.6%劣于國家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。酸雨分布很大部分集中在長江以南，云南、四川以東的地區(qū)。全國監(jiān)測(cè)的447個(gè)城市（縣），有52.8%的城市出現(xiàn)酸雨，34.4%的城市出現(xiàn)酸雨的頻率在25%以上，較重酸雨pH值達(dá)到4.5。我國能源結(jié)構(gòu)煤炭所占比例為76.12%，工業(yè)能源結(jié)構(gòu)燃煤占73.9

16、%，在工業(yè)中的燃煤設(shè)備主要是中小型為主，所以燃煤是造成我國大氣污染的根本原因。我國的機(jī)動(dòng)車輛也迅猛增加，大氣污染中機(jī)動(dòng)車排放的污染占城市60%以上[]。全國空氣質(zhì)量不容樂觀，酸雨污染較為嚴(yán)重。</p><p><b>　　有機(jī)廢氣污染現(xiàn)狀</b></p><p>　　我國城市工業(yè)化迅速，電子、塑膠、建材、印刷、化工等行業(yè)越來越壯大，這些行業(yè)的生產(chǎn)過程排入大氣環(huán)境的有機(jī)

17、廢氣含有苯系物、鹵代烴、醇類、醛酮類等芳香族類化合物，并且數(shù)量也不斷增加。美國環(huán)境保護(hù)署所列的廢氣中25種有毒有害排放物清單，就有18種是由我國上述行業(yè)所排放的，占有毒有害氣體排量的74.2%。另外，據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，2004年我國二惡英排放總量為10.2千克毒性當(dāng)量，其中向空氣中排放5.0千克，水體中排放0.041千克，殘留物排放5.0千克，產(chǎn)品排放0.17千克。我國室內(nèi)環(huán)境污染已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，使用新建裝修居舍和寫字樓的人，相繼出

18、現(xiàn)頭暈、頭痛、咳嗽、平衡感覺失調(diào)，流淚、眼、鼻、咽喉不適，以及頻發(fā)的黏膜、皮膚和呼吸系統(tǒng)等多種臨床癥狀[]，這是由毒性有機(jī)污染物中毒所引起的。我國有機(jī)污物排放量不大，在上述行業(yè)均有檢出，并且有的行業(yè)有機(jī)廢氣中的有機(jī)物含量很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國家標(biāo)準(zhǔn)排放量，而有機(jī)污染物多為強(qiáng)毒性物質(zhì)，已直接對(duì)人們的身體健康造成危害，因此，治理工業(yè)有機(jī)廢氣污染成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)工作的一個(gè)重要組成部分。</p><p>　　有機(jī)廢氣的來源與危

19、害</p><p>　　有機(jī)廢氣中的有機(jī)物主要是揮發(fā)性有機(jī)物，它與顆粒物一樣，是一大類大氣污染物。它們產(chǎn)生于石油化工行業(yè)排放的廢氣；造紙、采礦、油漆涂料、紡織和金屬電鍍等行業(yè)所排出的有機(jī)溶劑；交通工具排放廢氣及其他有可能排放有毒有害有機(jī)物的污染源[，]。有機(jī)廢氣主要來源于石油和化工行業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢氣，其數(shù)量較大，有機(jī)物含量波動(dòng)性大、有一定毒性，可燃，有的有惡臭，而氟氯烴的排放還會(huì)引起臭氧層的空洞。石油、石化

20、產(chǎn)品及化工工廠的存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)施，印刷及其它和石油和化工相關(guān)的行業(yè)，使用石油化工產(chǎn)品、石油的燃燒設(shè)備和場(chǎng)合，以石油作為燃料的交通工具和設(shè)施都是有機(jī)廢氣的源頭[]。</p><p>　　揮發(fā)性有機(jī)物毒性強(qiáng)，生物難降解，在環(huán)境中存留時(shí)間長，因此十分容易在生物體內(nèi)滯留，進(jìn)而導(dǎo)致人和動(dòng)物生理機(jī)能紊亂、畸變、癌變及雌性化等[～]。一般認(rèn)為揮發(fā)性有機(jī)物能導(dǎo)致機(jī)體免疫平衡失調(diào)，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能，出現(xiàn)頭暈、頭痛、嗜睡、無力、胸悶

21、等自覺癥狀；還可能影響消化系統(tǒng)，出現(xiàn)食欲不振、惡心等，嚴(yán)重時(shí)可損傷肝臟和造血系統(tǒng)，出現(xiàn)變態(tài)反應(yīng)等[v]。</p><p><b>　　有機(jī)廢氣的治理方法</b></p><p>　　有機(jī)廢氣的治理可采取預(yù)防措施，如用無毒或低毒的原材料替代或部分代替揮發(fā)性有機(jī)物，改進(jìn)工藝技術(shù)或防治泄露或更換設(shè)備等從源頭上杜絕有機(jī)廢氣的產(chǎn)生。而有機(jī)廢氣的末端治理主要有兩類：一類是回收法。

22、回收法是通過物理方法，在一定溫度壓力下，用選擇性滲透膜和選擇性吸附劑等方法來分離揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs），主要包括吸收洗滌法、冷凝法、生物膜法和活性炭吸附等。另一類是消除法。消除法通過化學(xué)或生物反應(yīng)，用熱、光、催化劑和微生物等將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，主要包括熱氧化催化燃燒、生物氧化、電暈法、等離子體分解法、光分解法等[iii，v]。下面就簡要介紹有機(jī)廢氣末端治理的這幾種方法。</p><p>　　吸收洗滌

23、法、冷凝法、生物膜法</p><p>　　吸收洗滌法是采用不揮發(fā)或低揮發(fā)的溶劑洗滌吸收有機(jī)廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物，在用吸收劑物理性質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)物分子之間的物理差異來實(shí)現(xiàn)分離，有機(jī)物的去除效率取決于吸收劑性能和吸收設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征；冷凝法是利用物質(zhì)在不同溫度下的不同飽和蒸汽壓，降低溫度或提高系統(tǒng)壓力，蒸汽狀態(tài)的污染物質(zhì)冷凝從而與廢氣分離，該法不適用與處理低濃度的有機(jī)氣體，常作高濃度有機(jī)廢氣的凈化處理，以降低有機(jī)負(fù)荷；

24、生物膜法實(shí)際上是附著在濾料介質(zhì)上的微生物在適宜的環(huán)境條件下利用廢氣中的有機(jī)物作為能源，以維持生命，最終把有機(jī)物分解為CO2和H2O，此法具有設(shè)備簡單，運(yùn)行費(fèi)用低，很少形成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，尤其利用在低濃度、生物降解性好的有機(jī)廢氣[]。</p><p><b>　　活性炭吸附法</b></p><p>　　目前活性炭吸附法已成為城市污水、深度處理工業(yè)廢水和凈化處理污染水源

25、的一個(gè)重要手段[vii]；同時(shí)，活性炭也廣泛用于處理造紙、采礦、油漆涂料、紡織和金屬電鍍等行業(yè)所排出的有機(jī)溶劑，交通工具尾氣的治理?；钚蕴课椒ㄊ菍儆谖椒刂茡]發(fā)性有機(jī)物污染中的一種。當(dāng)有機(jī)廢氣或廢水與多孔性固體（吸附劑）相接觸時(shí)，固體表面存在的未平衡的分子化學(xué)鍵力或分子力把混合氣體或廢水中的揮發(fā)性有機(jī)物吸附留在固體表面，從而達(dá)到凈化的目的，這種方法即為吸附法[ix]。常用的吸附劑有多孔炭材料、球狀活性炭、活性炭纖維、蜂窩狀活性炭、新

26、型活性炭以及分子篩、沸石、活性氧化鋁、多孔粘土礦石、硅膠、磺化煤、彭潤土以及吸附樹脂等[]。在有機(jī)廢氣和廢水治理中，活性炭是最常用、應(yīng)用最多的吸附劑。</p><p>　　活性炭是一種無毒無味，具有發(fā)達(dá)細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大比表面積。其表面大量不飽和碳構(gòu)成了獨(dú)特的吸附結(jié)構(gòu)，是一種典型微孔結(jié)構(gòu)，孔隙開口在纖維表面，細(xì)?；虺⒘Ｗ右愿鞣N方式結(jié)合在一起，形成豐富的納米空間，造就了較大比表面積?；钚蕴亢械脑S多不規(guī)則結(jié)構(gòu)——含有

27、表面官能團(tuán)的微結(jié)構(gòu)或雜環(huán)結(jié)構(gòu)，具有極大表面能；微孔相應(yīng)的孔壁分子相互作用造就強(qiáng)大分子場(chǎng)，提供了一個(gè)吸附物分子物理和化學(xué)變化的高壓體系。吸附質(zhì)到達(dá)吸附位置的擴(kuò)散路徑比較短、孔徑分布集中和驅(qū)動(dòng)力大，這就造成了活性碳比表面積大、吸脫附速率快、附效率高的重要原因。此外，活性碳表面含有系列活性官能團(tuán)，主要為含氧官能團(tuán)，如羰基、羥基、羧基等。有的活性碳還含磺酸基、胺基以及亞胺基等官能團(tuán)。因此，活性碳纖維還具有獨(dú)特的選擇吸附性[]。</p>

28、;<p>　　活性炭吸附容量高，吸附靈敏度強(qiáng)；吸附、脫附行程短，速度快，耗能低；壽命長，強(qiáng)度高，無二次污染，但是活性炭不耐高溫，易燃燒，在一定程度上限制了活性炭的使用范圍。</p><p><b>　　活性炭再生</b></p><p>　　活性炭回收成本高，廢炭大多進(jìn)行燃燒處理或是丟棄填埋，造成了二次污染，其次，活性炭價(jià)格較高，不利于工業(yè)大量使用，因此

29、，活性炭吸附后再生利用，在提高資源利用率，低能耗、低成本、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展方面具有重要的意義。所以，現(xiàn)代工業(yè)上的活性炭吸附總是伴隨著活性炭再生過程。</p><p>　　活性炭的再生即使吸附質(zhì)脫離活性炭表面，是活性炭吸附的逆過程。循環(huán)再生過程中首要考慮保證再生炭的吸附性能的同時(shí)盡量減少對(duì)炭基質(zhì)本身的影響?；钚蕴康脑偕椒煞譃閮深悺Ｒ皇峭ㄟ^引入物質(zhì)或能量使吸附質(zhì)與活性炭間的作用力減弱或消失來使吸附質(zhì)去除；

30、二是依靠熱分解或氧化還原反應(yīng)破壞吸附質(zhì)結(jié)構(gòu)而達(dá)到脫附的目的。隨著活性炭用量的不斷增加及對(duì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，人們要求再生活性炭工藝簡單，設(shè)備操作容易，再生過程和再生后一次污染盡量小，生產(chǎn)規(guī)?？呻S意控制[x，]。為了滿足要求，在原有再生方法的基礎(chǔ)上改進(jìn)工藝和探索，目前國內(nèi)外的活性炭再生方法主要有：減壓再生法[]、熱再生法、生物再生法、濕式氧化再生法和催化濕式氧化法[]、電化學(xué)再生法反應(yīng)器[]、光催化再生法[]、溶劑再生法[]、超臨界流體再

31、生法、和微波超聲波再生法[]等。在活性炭處理工藝中，這些方法并不都是單獨(dú)應(yīng)用的，有些工藝是混合利用的，如濕式氧化再生法和催化濕式氧化法中也運(yùn)用到了熱再生法，還有一些方法派生除了許多方法，熱再生法有水蒸氣再生法，N2再生法等。</p><p>　　目前，活性炭處理廢氣中，吸附達(dá)到飽和的活性炭再生方法主要有熱再生法、減壓再生法、臭氧再生法[]、光催化再生法、微波超聲波再生法等，下面就簡要介紹這幾種方法。</p&

32、gt;<p><b>　　熱再生法</b></p><p>　　加熱再生法是目前工業(yè)上最成熟的、應(yīng)用最多的活性炭再生方法。處理有機(jī)廢水后的活性炭在加熱再生過程中，由加熱到不同溫度時(shí)有機(jī)物的變化，可分為三個(gè)階段：干燥、高溫炭化、活化 []。在干燥階段，主要是去除活性炭上可揮發(fā)成分；高溫炭化階段，活性炭吸附的一部分有機(jī)物沸騰、汽化脫附，一部分有機(jī)物分解，生成小分子烴脫附出來，殘余成

33、分留在活性炭孔隙內(nèi)成為“固定炭”，在此階段，溫度將達(dá)到800℃到900℃，為避免活性炭的氧化，常在抽真空或惰性氣氛下進(jìn)行；接下來的活化階段中，往反應(yīng)釜內(nèi)通入CO2，CO，N2，H2或水蒸氣等氣體，以清理活性炭微孔，使其恢復(fù)吸附性能，活化階段是整個(gè)加熱再生工藝的關(guān)鍵[xi]。</p><p>　　加熱再生法再生效率高，再生時(shí)間短，應(yīng)用圍廣，但再生過程中由于炭顆粒會(huì)被流動(dòng)性的氧化性氣體帶走，炭損失較大，一般在5%至1

34、0%，再生后炭表面發(fā)生了化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，活性炭機(jī)械強(qiáng)度下降，比表面積減小[x]。此外在加熱再生過程，須外加能源加熱，投資及運(yùn)行費(fèi)用較高，設(shè)備復(fù)雜不易小化，加熱再生裝置常存在炭粒相互粘結(jié)、燒結(jié)成塊，造成局部起火或堵塞通道，甚至導(dǎo)致運(yùn)行癱瘓。</p><p><b>　　減壓再生法</b></p><p>　　減壓再生法也稱為降壓再生法或真空再生法，是屬于引入能量使吸附質(zhì)分

35、子與活性炭之間的作用力減弱或消失使吸附質(zhì)脫離的方法。吸附劑的吸附量是隨著壓力的升高而升高的，當(dāng)壓力降低時(shí)，脫附占優(yōu)勢(shì)，因此，降壓或者抽真空，可以使吸附劑再生，這種方法極為減壓再生法[ix]。例如，吸附在較高壓力下進(jìn)行的，減低壓力可以使吸附的物質(zhì)脫離吸附劑得到解吸目的；吸附在常壓下進(jìn)行，可以采用抽真空的方法進(jìn)行解吸。該法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)活性炭的原位再生。</p><p><b>　　臭氧再生法<

36、/b></p><p>　　臭氧再生法是利用臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)生臭氧，其具有強(qiáng)氧化性，而活性炭吸附的有機(jī)物具有還原性或強(qiáng)還原性，有機(jī)物被氧化成無毒無害物質(zhì)，或裂解成小分子物質(zhì)，從而達(dá)到凈化空氣的目的。當(dāng)活性炭的吸附量太大時(shí)，臭氧與活性炭也具有一定的反應(yīng)活性，活性炭從外到里會(huì)均勻地消耗掉臭氧，有機(jī)物得不到氧化，具有較好吸附性能的微孔孔結(jié)構(gòu)無法得到再生；而當(dāng)活性炭的吸附量還比較小時(shí)，各類孔隙還未飽和，臭氧可以滲透到

37、孔內(nèi)與有機(jī)物反應(yīng)，使得活性炭中各類孔隙得到有效的再生，從而使活性炭恢復(fù)其相應(yīng)的吸附性能。所以，當(dāng)活性炭的吸附量比較小時(shí)，臭氧氧化對(duì)活性炭有很好的再生效率；而當(dāng)活性炭吸附程度較飽和，臭氧對(duì)其幾乎無再生能力，再者臭氧有一個(gè)較佳的處理時(shí)間，無限增加處理時(shí)間并不會(huì)提高活性炭的再生能力。</p><p><b>　　光催化再生法</b></p><p>　　光催化再生法的原理是

38、利用某波長范圍的光，在特定催化劑存在的條件下，通過光化學(xué)反應(yīng)使吸附多種有機(jī)物飽和的活性炭的吸附能力得到恢復(fù)，借助光催化劑表面由光子激發(fā)產(chǎn)生的高活性強(qiáng)氧化劑將氣體中絕大多數(shù)的有機(jī)及部分無機(jī)污染物氧化并使其逐步降解，最終生成CO2,H2O等無害或低毒物質(zhì)[xvi]。光催化再生活性炭，可直接在紫外光照射下實(shí)現(xiàn)原位再生，而不需要其他步驟，再生工藝簡單，設(shè)備操作容易，生產(chǎn)規(guī)模隨意控制，可以使用日光照射降低能耗，其不足之處是：耗時(shí)長，處理效果不是很

39、理想。</p><p><b>　　微波超聲波再生法</b></p><p>　　微波和超聲波再生法，也是研究開發(fā)的新技術(shù)，用微波產(chǎn)生高溫使活性炭上的有機(jī)吸附物炭化，恢復(fù)其吸附特性。微波作用是使有機(jī)污染物克服范德華吸引力開始脫附，隨著微波能量的聚集，致熱和非致熱效應(yīng)共同作用，有機(jī)污染物一部分燃燒分解放出二氧化碳或一氧化碳，另一部分炭化，從而達(dá)到去除有機(jī)物的目的。微波和

40、超聲波再生法具有工藝及設(shè)備簡單、能耗小、節(jié)能高效、炭損失小、可回收有用物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　低溫等離子體研究展望</p><p><b>　　等離子體概述</b></p><p>　　早在1808年Davy已對(duì)穩(wěn)態(tài)直流弧光放電有研究，當(dāng)時(shí)，也同時(shí)展開了對(duì)等離子體的科學(xué)研究，隨后在1928年Longmuir等人提出等離子體是除固、液、

41、氣三態(tài)以外的又一基本形態(tài)[]。等離子體是由大量的離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體，其中電子、負(fù)離子與正離子的含量幾乎相等，所以是電中性。通常地球表面環(huán)境不具備產(chǎn)生等離子體的條件，而宇宙中等離子體是物質(zhì)存在的普遍形式，99%宇宙中的物質(zhì)呈等離子態(tài)，因而等離子體被稱為除固體、液體和氣體以外的“第四態(tài)”[]。</p><p>　　等離子體的分類很多，按照熱力學(xué)平衡方式可以分為三種。</p>&l

42、t;p>　?、?完全熱力學(xué)平衡等離子體，也稱高溫等離子體。這類等離子體中電子溫度Te、離子溫度Ti和氣體Tg溫度三者完全一致，比如太陽內(nèi)部的核聚變和激光聚變；</p><p>　?、?局部熱力學(xué)平衡等離子體，此種等離子體沒有達(dá)到完全的熱力學(xué)一致，只是局部的Te≈Ti≈Tg≈3000K～40000K,例如電弧等離子體、高頻等離子體等；</p><p>　?、?非熱力學(xué)平衡等離子體，即低

43、溫等離子體。該等離子體內(nèi)部電子的溫度可以達(dá)到104K以上，而電子，分子，原子的溫度卻接近常溫，及Te>>Ti≈Tg,形成熱力學(xué)上的非平衡性。</p><p>　　低溫等離體的特點(diǎn)和產(chǎn)生方式</p><p>　　低溫等離子體因含有大量帶電離子、高氧化活性物質(zhì)和光、熱等物理效應(yīng)而被廣泛用于污染物控制、O3產(chǎn)生和材料表面的改性等領(lǐng)域。歸納起來低溫等離子體有以下幾個(gè)特性[xi]：<

44、;/p><p>　　㈠提供大量帶電粒子和活性粒子——帶電粒子和激發(fā)態(tài)粒子為化學(xué)反應(yīng)提供活化能，在低溫等離子體中，大多數(shù)的中性粒子和離子為環(huán)境溫度，少數(shù)的電子具有較高的能量，從而化學(xué)反應(yīng)能在低溫下進(jìn)行；</p><p>　?、婢哂懈飨虍愋缘哪芰糠植肌蜏氐入x子體由帶電粒子集合而成，可以通過外部施加電磁場(chǎng)控制其能流方向；</p><p>　?、缇哂休^高的能流密度——低溫等

45、離子可以被電磁場(chǎng)約束在特定區(qū)域，產(chǎn)生較大能流密度，并且不會(huì)對(duì)器壁產(chǎn)生損害。</p><p>　　根據(jù)放電產(chǎn)生的機(jī)理低溫等離子體主要有輝光放電、脈沖電暈放電、滑動(dòng)弧放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電等這幾種產(chǎn)生方式[]。</p><p>　　廢氣凈化低溫等離子體作用原理</p><p>　　低溫等離子體有機(jī)廢氣處理技術(shù)的基本原理，粒子活性物質(zhì)氧化和非彈性碰撞的結(jié)果。低溫等離

46、子體含大量電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子，其中的高能電子與氣體分子或原子相互發(fā)生非彈性碰撞，將能量傳給基態(tài)分子或原子，發(fā)生激發(fā)、解離和電離等系列過程，使粒子活化。一方面通過碰撞氣體中的機(jī)污染物分解為小分子；另一方面，又產(chǎn)生·OH,·H等自由基，氧化性強(qiáng)的活性氧和O3對(duì)有機(jī)污染物降解[xi]。簡單說來，在外加電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)放電產(chǎn)生的大量高能電子轟擊有機(jī)污染物分子，使其電離、解離和激發(fā)，然后便引發(fā)了一系列復(fù)雜的物理化

47、學(xué)反應(yīng)，使復(fù)雜大分子有機(jī)物分解為簡單小分子物質(zhì)，或使有害物質(zhì)氧化成無害或低毒的物質(zhì)，從而使污染物得以降解去除。</p><p>　　廢氣凈化低溫等離子體的應(yīng)用</p><p>　　20世紀(jì)60年代，西方國家就已經(jīng)開始研究等離子體化學(xué)，到了80年代，等離子體技術(shù)被用來治理環(huán)境污染物。目前國內(nèi)還沒有工業(yè)化等離子水處理設(shè)備，只有瑞士國家實(shí)現(xiàn)了等離子體處理揮發(fā)性有機(jī)物的商業(yè)化應(yīng)用，生產(chǎn)出的商業(yè)化產(chǎn)

48、品——Plasma cat，并申請(qǐng)了世界專利。但是，大多數(shù)國家對(duì)該項(xiàng)技術(shù)還處于理論研究或是中試階段，真正商業(yè)化的非常少。到目前為止，低溫等離子體主要用來生產(chǎn)O3，降解揮發(fā)性有機(jī)物，煙道氣的脫硫、脫氮、除塵，凈化空氣，固體顆粒的處理等，其工藝簡潔，裝置結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)能，設(shè)備使用壽命長，適用工況范圍寬，降解有機(jī)物快，所以應(yīng)用范圍極廣。該技術(shù)能夠應(yīng)用于污水處理廠、石油化工、制藥、污水處理、涂料、皮革加工、感光材料、汽車制造、食品加工廠、印染廠、

49、垃圾處理廠、公廁、屠宰場(chǎng)、牲畜飼養(yǎng)場(chǎng)、魚類加工廠、飼料加工廠等諸多能夠產(chǎn)生惡臭異味的場(chǎng)所[]。</p><p>　　隨著研究方法和技術(shù)的深入發(fā)展，運(yùn)用多孔材料和等離子處理有機(jī)廢氣時(shí)，有機(jī)廢氣的凈化效率增加了，因此，等離子體也被運(yùn)用到改性多孔材料方面，以求改善多孔材料如活性炭性能和廢氣凈化效率 [xxiv]。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)等離子改性后的多孔材料表面具有新的功能，如化學(xué)穩(wěn)定性提高，更好的親水性等[]。在化工領(lǐng)域、材料、

50、環(huán)境工程等領(lǐng)域應(yīng)用最多的是低溫等離子體處理技術(shù)，等離子體技術(shù)是近幾年來發(fā)展最快，研究最熱門的技術(shù)之一。</p><p><b>　　研究思路與研究內(nèi)容</b></p><p>　　存在的問題與研究思路</p><p>　　活性炭吸附有機(jī)廢氣，吸附效率高，當(dāng)吸附揮發(fā)性有機(jī)物達(dá)到飽和后，活性炭失去了吸附能力成為了廢炭，廢炭或被隨意棄，或被填埋，或被

51、燃燒?；钚蕴看蠖辔接泻]發(fā)性有機(jī)物，甚至有些有機(jī)物具有劇毒，遺棄和和填埋仍會(huì)給人類健康及環(huán)境造成巨大危害，廢炭燃燒導(dǎo)致活性炭的大量浪費(fèi)和產(chǎn)生二次污染，再者，燃燒不徹底有毒有機(jī)物同樣沒有被消除。工業(yè)活性炭吸附設(shè)備中廢炭必須取出，運(yùn)到廠外委托再生或裝入獨(dú)立的再生設(shè)備實(shí)現(xiàn)再生，這個(gè)過程不可避免有轉(zhuǎn)移炭損失，簡而言之，就是不能夠?qū)崿F(xiàn)原位再生且再生費(fèi)用昂貴，而活性炭價(jià)格較高，工業(yè)使用量大，導(dǎo)致活性炭購買費(fèi)用和再生費(fèi)用高，勢(shì)必造成有機(jī)廢氣的隨意排

52、放，無力處理行為。此外，目前活性炭再生設(shè)備種類繁多，有強(qiáng)制放電再生爐、自由電熱式活性炭再生爐、回轉(zhuǎn)窯式再生爐、熱空氣解吸裝置等，然而這些設(shè)備存在著再生爐壽命短、間斷生產(chǎn)、須人全程操作、炭磨損率相對(duì)較大、活性炭再生量小、活性炭再生率不高、不便于裝拆和維護(hù)、適應(yīng)性不強(qiáng)等使用方面的不足。</p><p>　　針對(duì)這些問題及活性炭再生設(shè)備的不足，本論文將有機(jī)廢氣活性炭吸附技術(shù)與低溫等離子體技術(shù)相結(jié)合，將活性炭置于等離子體

53、中，通過活性炭的吸附作用將有機(jī)物富集到活性炭表面，等離子的各種物理和化學(xué)效應(yīng)來降解活性炭吸附的有機(jī)物和廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物，同時(shí)，等離子的改性作用也提高了活性炭的吸附性能；當(dāng)活性炭吸附飽和后，進(jìn)行減壓脫附，此時(shí)，等離子降解活性炭表面吸附的有機(jī)物和因減壓脫離活性炭表面而進(jìn)入氣流中的有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)活性炭的原位再生。</p><p><b>　　研究內(nèi)容</b></p><p&g

54、t;　　本論文以苯，這種典型的有機(jī)污染物為目標(biāo)物，活性炭為吸附劑，設(shè)計(jì)一種活性炭填充等離子體反應(yīng)裝置，并驗(yàn)證在低溫等離子體降解有機(jī)物，等離體改性活性炭表面和活性炭吸附有機(jī)物三者的作用下裝置的有機(jī)廢氣凈化效果，以及在此過程中等離子體對(duì)活性炭的再生效果。</p><p><b>　　具體研究內(nèi)容如下：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)活性炭填充低溫等離子體反應(yīng)裝置，構(gòu)

55、造整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備；</p><p>　　運(yùn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)，通過監(jiān)測(cè)有機(jī)廢氣有機(jī)物濃度以考察活性炭填充低溫等離子體裝置的凈化效果；</p><p>　　活性炭吸附有機(jī)物達(dá)到飽和后，減壓運(yùn)行實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)，考察低溫等離子體對(duì)活性炭的再生效果；</p><p>　　分析實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)低溫等離子體降解活性炭吸附有機(jī)物和低溫等離子再生活

56、性炭的影響因素，提出優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)的建議。</p><p>　　活性炭吸附再生一體化設(shè)備研制</p><p><b>　　裝置設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　活性炭吸附再生一體化設(shè)備涉及到四個(gè)基本原理，即活性炭的吸附原理，活性炭減壓脫附原理、低溫等離子體對(duì)活性炭的改性作用和低溫等離子體降解有機(jī)物的原理。下面就這四個(gè)原理作簡要介紹：</

57、p><p>　　活性炭的吸附原理：活性炭具有巨大比表面積，其表面能極大；還有發(fā)達(dá)細(xì)孔結(jié)構(gòu)，微孔相對(duì)的孔壁分子相互作用形成強(qiáng)大的分子場(chǎng)，提供了一個(gè)吸附分子物理和化學(xué)變化的高壓體系，同時(shí)吸附質(zhì)到達(dá)吸附位置的擴(kuò)散路徑比較短、孔徑分布集中和驅(qū)動(dòng)力大，這就是活性炭吸脫附速率快、附效率高的重要原因。此外，活性碳表面含有可以與吸附劑發(fā)生作用的系列活性官能團(tuán)，主要為含氧官能團(tuán)，如羰基、羥基、羧基等，有的活性碳還含有磺酸基、胺基以及亞

58、胺基等官能團(tuán)，有利于活性炭的化學(xué)反應(yīng)吸附和選擇性吸附。</p><p>　　活性炭減壓脫附原理：活性炭的吸附容量是隨著壓力的升高而升高的，壓力升高，活性炭向吸附方向進(jìn)行，壓力降低，活性炭向脫附的方向進(jìn)行。在常壓下進(jìn)行活性炭吸附，可用負(fù)壓或抽真空的方法進(jìn)行活性炭脫附。</p><p>　　低溫等離子體對(duì)活性炭的改性作用：低溫等離子具有高能電子、高能分子、高能分子和氧化性活性基團(tuán)，通過對(duì)活性炭

59、的表面進(jìn)行撞擊等物理作用和氧化等化學(xué)作用，對(duì)活性炭的表面進(jìn)行刻蝕作用，大大增加了活性炭表面積和氧化性基團(tuán)等活性基團(tuán)，使活性炭對(duì)有機(jī)物的親和吸附能力變強(qiáng)。活性基團(tuán)可在活性炭表面重新鍵和，形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在鍵和過程中有雙鍵的形成，從而提高了活性炭的力學(xué)性質(zhì)和表面性能。</p><p>　　低溫等離子體降解有機(jī)物的原理：在外加電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)放電產(chǎn)生的大量極高化學(xué)活性的粒子，如電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等，這些

60、粒子與有機(jī)物碰撞，使其電離、解離和激發(fā)，然后便引發(fā)了一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，使復(fù)雜大分子污染物轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵涡》肿影踩镔|(zhì)，或使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無毒或低毒的物質(zhì)，從而使污染物得以降解去除。</p><p><b>　　設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　反應(yīng)器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　活性炭的吸附過程

61、和再生過程在活性炭填充低溫等離子反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，因此活性炭填充等離子反應(yīng)器又叫活性炭吸附再生一體化裝置。該裝置是活性炭吸附再生一體化設(shè)備的核心裝置，是有機(jī)廢氣凈化的裝置。該裝置采用圓柱形結(jié)構(gòu)，螺紋—板式放電方式，是由直徑為6mm，長為800mm的螺紋鐵棒作為高壓電極，外徑為70mm，厚度為3mm，總長為600mm的不銹鋼筒作為接地電極構(gòu)成。螺紋鐵棒置于不銹鋼圓筒中心，由密封不銹鋼筒兩端的正方形氟塑料墊片固定，兩塊氟塑料墊片各開一個(gè)直徑為2

62、0mm的圓孔，作為有機(jī)廢氣的進(jìn)氣孔和出氣孔，進(jìn)出氣孔分別由細(xì)密的金屬網(wǎng)絲封住作為濾網(wǎng)。正方形氟塑料墊片是耐高溫耐腐蝕，具有一定硬度的絕緣材料，其邊長為40mm，厚度為4mm，可以方便從圓筒兩端取下，便于裝入活性炭。圓筒內(nèi)部有兩個(gè)同心圓柱空間和一個(gè)環(huán)形炭柱組成，具體結(jié)構(gòu)見圖3-1。</p><p>　　圖3-1 活性炭吸附再生一體化裝置剖面圖和平面圖</p><p><b>　　

63、實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)由有機(jī)氣體發(fā)生裝置，有機(jī)物閥，混合瓶，風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)，進(jìn)氣采樣閥和出氣采樣閥，U形測(cè)壓管，活性炭吸附再生一體化裝置，高壓電源和常壓電源，尾氣處理箱組成，各裝置通過耐腐蝕耐高溫的塑料管連接，實(shí)驗(yàn)裝置的各個(gè)構(gòu)件在實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)中的順序見圖3-2。</p><p>　　圖3-2 實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)</p><p&g

64、t;　　各編號(hào)所表示的裝置和各裝置的作用如下：</p><p>　　1.有機(jī)氣體發(fā)生裝置，提供有機(jī)廢氣，是通過水浴使有機(jī)物揮發(fā)的；</p><p>　　2.有機(jī)物調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)有機(jī)廢氣濃度；</p><p>　　3.混合瓶，是空氣和有機(jī)氣體的混合場(chǎng)所；</p><p>　　4.風(fēng)機(jī)可以鼓風(fēng)，同時(shí)還可以進(jìn)行抽吸；</p><

65、;p>　　5.進(jìn)氣采樣閥，供測(cè)定進(jìn)氣濃度使用；</p><p>　　6.U形測(cè)壓管，測(cè)定進(jìn)氣壓力或抽氣負(fù)壓；</p><p>　　7.活性炭吸附再生一體化裝置，是活性炭吸附再生的場(chǎng)所；</p><p>　　8.接地線，作為負(fù)極使用，同時(shí)也防止觸電危險(xiǎn)；</p><p>　　9.高壓電源提供2.5萬伏的高壓用以產(chǎn)生等離子體；</p&

66、gt;<p>　　10.常壓電源為風(fēng)機(jī)提供220伏的交流電電壓；</p><p>　　11.出氣采樣閥，供測(cè)定出氣濃度使用；</p><p>　　12.轉(zhuǎn)子流量計(jì)，顯示有機(jī)廢氣流量并可以調(diào)節(jié)有機(jī)廢氣流量；</p><p>　　13.尾氣處理箱，處理排放的有機(jī)廢氣。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)部分</b>

67、;</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)主要是利用活性炭富集苯，低溫等離子體來降解苯，然后再根據(jù)質(zhì)量守恒原理來考察活性炭吸附再生一體化裝置的吸附效果和脫附效果的。低溫等離子體降解苯原理和質(zhì)量守恒原理簡述如下：</p><p>　?、宓蜏氐入x子體降解苯原理</p><p>　　苯分子是平

68、面的正六邊形結(jié)構(gòu)，苯分子的6個(gè)碳原子和6個(gè)氫分子都在同一個(gè)平面上，其所有的碳碳鍵都完全相同，每個(gè)碳碳鍵都具有閉合的大鍵，因此苯分了很穩(wěn)定。碳碳鍵的鍵能為5.5eV，碳?xì)滏I的鍵能為4.5eV，當(dāng)能量大于4.5eV的電子與苯分子發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，電子的能量全部傳給苯分子，從而導(dǎo)致碳碳鍵或碳?xì)滏I的斷裂而形成自由基，這些自由基有的繼續(xù)在高能電了的非彈性碰撞下，形成更小的碎片；有的在氧等離子體和臭氧的作用下，被徹底氧化CO2，CO和H2O[]，有

69、的通過電離或離解形成其他碳、氧氣和氫氣，除氧氣外都很容易被臭氧或氧等離子體氧化而形成最終產(chǎn)物。反應(yīng)方程如下：</p><p><b>　?、尜|(zhì)量守恒原理</b></p><p>　　測(cè)定苯廢氣中的苯進(jìn)入活性炭吸附再生一體化裝置的輸入量和輸出量，兩個(gè)量之差就是該裝置苯的凈化量，實(shí)驗(yàn)中是用TVOC檢測(cè)儀測(cè)定苯進(jìn)入裝置的進(jìn)氣濃度和出氣濃度，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)定流量，計(jì)算的公式

70、可以表示為：</p><p><b>　　4-1</b></p><p>　　由測(cè)定出的數(shù)據(jù)也可以計(jì)算活性炭吸附再生一體化裝置的凈化效率，計(jì)算公式為：</p><p><b>　　4-2</b></p><p>　　——活性炭吸附再生一體化裝置苯進(jìn)氣濃度，mg/m3；</p><

71、p>　　——活性炭吸附再生一體化裝置苯出氣濃度，mg/m3；</p><p>　　Q——苯廢氣流量，m3/h；</p><p>　　t ——凈化苯廢氣時(shí)間，h。</p><p>　　——苯廢氣凈化效率，%。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)原料</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)所用藥品試劑

72、有：</p><p>　　氫氧化鈉，NaOH，分析純，沈陽化學(xué)試劑廠；</p><p>　　苯，C6H6，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中所用木質(zhì)顆粒活性炭，由沈陽市聯(lián)邦試劑廠提供，直徑約為1.5mm，長度2-3mm，表觀密度為0.48g/cm3，實(shí)驗(yàn)中所用溶液均用去離子水配制。</p><p><b&g

73、t;　　實(shí)驗(yàn)儀器</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)所使用的儀器儀表有：</p><p>　　玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)（型號(hào)：LZB-4，空氣 20℃，101325Pa，L/h）</p><p>　　風(fēng)機(jī)（型號(hào)：HGX-280）</p><p>　　電子天平（型號(hào)：FA2004N）</p><p>　　數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱

74、（型號(hào)：GZX-9140ME）</p><p>　　TVOC檢測(cè)儀（型號(hào)：PGM-7240）</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中的有機(jī)廢氣濃度采用PGM-7240 TVOC儀TVOC檢測(cè)儀測(cè)定，此儀器應(yīng)用了PID專利技術(shù)，PID檢測(cè)儀使用了雙腔光離子化檢測(cè)器(PID)和被用作PID傳感器的高能光源的無極放電式紫外(UV)燈。檢測(cè)器的雙腔均被置于檢測(cè)器的離子化室中，當(dāng)有機(jī)氣體通過燈時(shí)，被離子化，釋放

75、出的電子被檢測(cè)為電流，第一腔的電流主要來自于離子化的氣體，第二腔的電流檢測(cè)離子化的氣體和作為紫外光密度的函數(shù)的電子的光電束，據(jù)此檢測(cè)出μg/m3水平的可離子化氣體的濃度，且不需要頻繁的校正[]?？蓹z測(cè)低至1ppb濃度（十億分之一）的有機(jī)物，尤其適合于劇毒有機(jī)化學(xué)品的檢測(cè)及室內(nèi)空氣質(zhì)量（IAQ）中TVOC（總揮發(fā)性有機(jī)化合物）的檢測(cè)，本實(shí)驗(yàn)選用具有代表性的揮發(fā)性有機(jī)物苯。由于實(shí)驗(yàn)中用到的TVOC檢測(cè)儀是以ppm單位計(jì)的，因此計(jì)算前還需要轉(zhuǎn)

76、換成mg/m3單位，換算公式4-3如下：</p><p><b>　　4-3</b></p><p>　　——有機(jī)物濃度，mg/m3；</p><p>　　M——為氣體分子量 ，此次實(shí)驗(yàn)中為苯氣體，為78；</p><p>　　ppm——測(cè)定的體積濃度值，ppm；</p><p><b>

77、;　　T——溫度，℃；</b></p><p>　　Pa——壓力，Pa。</p><p>　　TVOC儀的使用方法是：將過濾罩套在TVOC檢測(cè)儀采樣探頭上，然后將探頭置于采樣氣流中，打開儀器，將儀器設(shè)置在TVOC測(cè)定位置，待儀器自檢后顯示“Ready”，按下開始鍵，開始采集樣品并顯示數(shù)據(jù)結(jié)果。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)方法</b&

78、gt;</p><p>　?、呕钚蕴康念A(yù)處理方法</p><p>　　取500.0g活性炭浸沒于10L 0.1 mol/L的NaOH溶液24 h，在沸水中煮30 min，去離子水反復(fù)清洗至中性以去除粉末和雜質(zhì)，105℃烘干至恒重，放置于干燥器中備用；</p><p><b>　?、苹钚蕴课竭^程</b></p><p>

79、　　圖4-1 活性炭吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)</p><p>　?、偃鐖D4-1，設(shè)置兩個(gè)一樣的活性炭吸附再生一體化裝置A和B，都分別用100g的備用的活性炭填滿不銹鋼筒內(nèi)的空間，并把裝置A和B平行放置在實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)中；</p><p>　?、诤仙涎b置A的高壓電源，斷開裝置B的高壓電源，讓裝置A的不銹鋼筒內(nèi)產(chǎn)生等離子體，裝置B內(nèi)部無等離子體；</p><p>　　③同時(shí)打開裝置

80、A和B的常壓電源，兩個(gè)裝置同時(shí)鼓入空氣，調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，保持氣體流量為0.280m3/h,打開進(jìn)氣采樣閥和有機(jī)物閥，用TVOC檢測(cè)儀測(cè)定苯進(jìn)氣濃度并調(diào)節(jié)到100ppm左右的濃度，及時(shí)記下苯進(jìn)氣濃度，同時(shí)打開裝置A和B的出氣采樣閥分別測(cè)定裝置A和B的苯出氣濃度并做記錄；</p><p>　?、芾^續(xù)保持進(jìn)氣濃度在100ppm左右，每隔10min分別測(cè)定裝置A和B的苯進(jìn)氣濃度和出氣濃度，并做記錄，直到裝置A和裝置B

81、的苯出氣濃度基本保持不變?yōu)橹?，說明活性炭吸附以飽和，關(guān)閉所有電源，停止活性炭吸附過程。</p><p><b>　　⑶活性炭脫附過程</b></p><p>　?、僭趦蓚€(gè)裝置A和B中分別裝入新的100g活性炭，首先進(jìn)行第一次吸附，同時(shí)合上裝置A和B的常壓電源，風(fēng)機(jī)鼓入空氣，調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，保持氣體流量為0.280m3/h,斷開裝置A和B的高壓電源，使裝置A和B同時(shí)

82、通入苯有機(jī)廢氣，打開進(jìn)氣口采樣閥，測(cè)定裝置A和B的進(jìn)氣濃度和出氣濃度，保持進(jìn)氣濃度在150ppm左右，每隔10min分別測(cè)定裝置A和B的苯進(jìn)氣濃度和出氣濃度，不作記錄，直到裝置A和B的進(jìn)氣濃度和出氣濃度都相等，說明裝置A和B中的活性炭吸附達(dá)到飽和；</p><p>　?、谌鐖D4-2，關(guān)閉進(jìn)氣采樣閥，打開風(fēng)機(jī)對(duì)裝置A和B進(jìn)行真空抽吸，此時(shí)系統(tǒng)中的氣流方向與活性炭吸附過程的氣流方向相反，吸附階段進(jìn)氣端管口連接尾氣處理

83、箱，吸附階段的出氣口吸入空氣，進(jìn)行減壓脫附，同時(shí)，合上裝置A的高壓電源，讓A裝置內(nèi)部產(chǎn)生等離子體脫附，測(cè)定裝置A和B的進(jìn)氣口脫附出的苯濃度，直到苯濃度很低且無變化時(shí)結(jié)束；</p><p>　?、壑貜?fù)①吸附過程的操作，進(jìn)行第二次吸附，記錄裝置A和B的相應(yīng)吸附數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖4-2 脫附過程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析&

84、lt;/b></p><p>　　吸附過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析</p><p>　　吸附過程的總體思路是：在苯進(jìn)氣濃度相同，進(jìn)氣量相同，工作溫度相同的情況下，裝置A中有等離子體，裝置B中無等離子體，兩個(gè)裝置先后吸附達(dá)到飽和，比較裝置的凈化效率和苯凈化量來確定活性炭吸附再生一體化設(shè)備的苯廢氣凈化效果。由實(shí)驗(yàn)方法⑵活性炭吸附過程記錄的數(shù)據(jù)并和所計(jì)算凈化效率見表4-1和表4-2：</p&g

85、t;<p>　　表4-1 活性炭吸附再生一體化裝置A實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</p><p>　　表4-2 活性炭吸附再生一體化裝置B實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</p><p>　　表中的凈化率是用公式4-2計(jì)算的，所得的凈化率為瞬時(shí)監(jiān)測(cè)凈化率，裝置A和B都有活性炭吸收作用，而裝置A還有等離子凈化作用，可以看出裝置A隨瞬時(shí)的凈化率比裝置B的高，為直觀的比較裝置A和B凈化率隨著凈化時(shí)間的變化，繪制凈化時(shí)間—

86、凈化效率曲線圖4-3：</p><p>　　圖4-3 凈化效率隨凈化時(shí)間變化曲線</p><p>　　由圖4-3可以明顯的看出整個(gè)凈化過程中，最初的時(shí)候裝置A與B的凈化效率都相等，這是因?yàn)槠鹗茧A段活性炭良好吸附性能的發(fā)揮，隨著時(shí)間的推移，活性炭吸附逐漸遷移，裝置A的凈化率總是比裝置B的高，并且裝置A的有效凈化時(shí)間為410min，裝置B的有效凈化時(shí)間為310min，這是因?yàn)檠b置A中的等離子

87、將部分苯氧化降解，即裝置A中活性炭的負(fù)荷比裝置B中的要低，因此在裝置B中活性炭穿透后，裝置A的活性炭在100min后才穿透，即在前置等離子凈化設(shè)備的情況下，有效延長了活性炭的工作時(shí)間。</p><p>　　下面比較裝置A和裝置B對(duì)苯的凈化量。利用公式4-2計(jì)算苯的凈化量，由于監(jiān)測(cè)的是體積濃度ppm,所以要運(yùn)用公式4-3來換算成質(zhì)量體積濃度（mg/m3），再者實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)的是每10min的濃度，可取活性炭有效吸附時(shí)間內(nèi)

88、的ppm濃度算術(shù)平均值計(jì)算，裝置A有效凈化時(shí)間為410min，苯進(jìn)氣濃度平均值為107.671ppm，出氣平均濃度為40.451ppm，裝置B的有效凈化時(shí)間為310min，苯有效進(jìn)氣濃度為107.450ppm，苯出氣濃度為48.880ppm，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總的氣體流量為0.280m3/h,該氣流是平均流入裝置A和B的，所以氣量應(yīng)為0.140 m3/h,實(shí)驗(yàn)氣溫為20℃計(jì)算如下：</p><p><b>　　裝

89、置A的苯凈化量：</b></p><p><b>　　裝置B的苯凈化量：</b></p><p>　　裝置B苯凈化量占裝置A苯凈化量比例：</p><p>　　計(jì)算結(jié)果顯示裝置A苯凈化量比裝置B苯凈化量多，且裝置B的凈化量僅為裝置A的65.88%，裝置A和B都有活性炭吸收作用，而裝置A還有等離子凈化作用，實(shí)際上裝置A中是活性炭吸附及

90、等離子凈化作用的綜合結(jié)果，裝置A中等離子對(duì)苯的降解作用，去除了部分有機(jī)物，使裝置A工作時(shí)間得到延長。</p><p>　　脫附過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析</p><p>　　脫附過程的總體思路是：讓裝置A與B裝上新的活性炭，且都無等離子體作用下吸附苯達(dá)到飽和，保持其他條件基本相同的情況下，裝置A與B同時(shí)進(jìn)行抽真空脫附實(shí)驗(yàn)，負(fù)壓為24cm水柱，約為2.35kPa，并讓裝置A產(chǎn)生等離子體，裝置B無等離

91、子體，脫附完全后再讓裝置A與B進(jìn)行第二次無等離子體作用吸附苯，比較第二次吸附實(shí)驗(yàn)裝置A與B的苯吸附量確定活性炭吸附再生一體化效果；以下表4-3與表4-4中的數(shù)據(jù)是第二次吸附監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。</p><p>　　表4-3 活性炭吸附再生一體化裝置A第二次吸附</p><p>　　表4-4 活性炭吸附再生一體化裝置B第二次吸附</p><p>　　由以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算活性炭

92、吸附再生一體化裝置苯的凈化量，即活性炭苯吸附量。裝置A苯進(jìn)氣濃度為152.044ppm，苯出氣濃度為71.410ppm，有效吸附時(shí)間為440min；裝置B的苯進(jìn)氣濃度為156.656ppm，苯出氣濃度為51.54ppm，有效吸附時(shí)間為310min，計(jì)算如下：</p><p><b>　　裝置A的苯凈化量：</b></p><p><b>　　裝置B的苯凈化量

93、：</b></p><p>　　裝置B苯凈化量占裝置A的比例：</p><p>　　計(jì)算結(jié)果顯示，裝置A的苯凈化量大于裝置B的，裝置B的苯凈化量占裝置A的88.34%，相差還是比較大的。在其他條件（溫度，壓力，有機(jī)物種類，氣量等）基本相同的情況下，裝置A和B中的活性炭進(jìn)行無等離子作用吸附飽和，然后裝置A進(jìn)行等離子體減壓脫附，裝置B進(jìn)性純粹的減壓脫附，脫附后再吸附，裝置A苯凈化量

94、大于裝置B的苯凈化量，說明等離子體減壓脫附效果較好。裝置A的苯吸附容量也大于吸附過程中的新活性炭苯吸附量208.6mg，有效吸附時(shí)間440min大于吸附過程中的吸附時(shí)間410min，可以推測(cè)等離子體活性炭脫附有助于提高活性炭吸附性能，增大活性炭的吸附容量。</p><p>　　綜合吸附過程和脫附過程可以確定，活性炭吸附再生一體化設(shè)備凈化有機(jī)廢氣效率高，有效凈化時(shí)間長，脫附性能好，甚至脫附后有助于提高再生后的吸附性

95、能，該裝置還克服了一般吸附劑再生后吸附容量變小的問題。</p><p>　　由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制，不能連續(xù)更多次的減壓脫附實(shí)驗(yàn)，在連續(xù)多次再生后活性炭的吸附性能已經(jīng)達(dá)到一個(gè)平衡穩(wěn)定狀態(tài)，有可能等離子體對(duì)活性炭的再生性能和吸附性能已無影響，這就需要進(jìn)一步的考察研究；其次，等離子體作用效果還與高壓，放電特性，放電方式，氣隙間距，活性炭種類等有關(guān)，活性炭吸附特性還以有機(jī)物種類，氣體壓力，氣量，濕度，溫度等有關(guān)，這些都是實(shí)

96、驗(yàn)設(shè)備應(yīng)該優(yōu)化的方面。</p><p><b>　　設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化</b></p><p>　　活性炭吸附再生一體化設(shè)備裝置實(shí)際上是活性炭填充低溫等離子體反應(yīng)器，其設(shè)計(jì)在遵循化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，如提供盡可能大的傳質(zhì)和反應(yīng)空間等，和兼顧高電壓設(shè)備設(shè)計(jì)的要求的同時(shí)，還應(yīng)該考慮以下因素的影響：首先放電等離子體通道中富含的活性物種是放電誘發(fā)污染物質(zhì)降解反應(yīng)的主體，因此反

97、應(yīng)器的設(shè)計(jì)在保證放電等離子體發(fā)生的基礎(chǔ)上，應(yīng)該盡可能提高活性物種的基的壽命較短。因此，活性炭填充低溫等離子體反應(yīng)器設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮這些因素，以盡可能縮短短壽命的自由基類活性物種的遷移和擴(kuò)散，以避免或減小遷移和擴(kuò)散過程中的損失，提高放電產(chǎn)生的活性物種的綜合利用效率，理想狀態(tài)是所有的化學(xué)反應(yīng)均發(fā)生在活性物種產(chǎn)生的位置上；其次活性炭以及活性炭上吸附的有機(jī)物都具有一定的導(dǎo)電性，當(dāng)電極直接與活性炭接觸時(shí)，整個(gè)電路基本是導(dǎo)通的，不易放電產(chǎn)生等離子體

98、，而且高壓和較大電流會(huì)引起的焦耳熱效應(yīng)，不利于活性炭的吸附。所以如何最大限度地減小或避免焦耳熱而帶來的能量損耗，應(yīng)該是該反應(yīng)器設(shè)計(jì)過程中必須仔細(xì)考慮的問題。設(shè)備的最佳運(yùn)行還要考慮運(yùn)行條件，下面從將考慮這些問題，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　裝置優(yōu)化</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)裝置是直接使用螺紋鐵棒進(jìn)行放電，放電效果不是很好，因此采用采用介質(zhì)阻擋放電

99、來產(chǎn)生等離子體。介質(zhì)阻擋放電就是在兩個(gè)電極之間至少有一個(gè)電極被覆蓋，當(dāng)給兩電極之間加高壓時(shí)，使得電極與介質(zhì)或介質(zhì)與介質(zhì)中間的氣體放電被擊穿而產(chǎn)生等離子體[]。 介質(zhì)阻擋放電，放電均勻穩(wěn)定，使放電均勻分布在整個(gè)空間，產(chǎn)生穩(wěn)定均勻的大氣壓等離子。</p><p>　　氣隙間距對(duì)放電特性也有很大的影響，氣隙間距的增加，氣隙電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減低，氣隙間距越小，放電越強(qiáng)烈，所以活性炭的填充要考慮氣隙間距。氣隙間距增大雖然增加了

100、有機(jī)物的停留時(shí)間，填充的活性炭會(huì)增加，但是放電減弱，能耗變高，會(huì)產(chǎn)生熱量，不利于活性炭吸附，所以要選擇一個(gè)最佳填充氣隙尺寸。</p><p>　　活性炭的填充會(huì)改變氣隙電產(chǎn)強(qiáng)和反應(yīng)空間的改變，造成能量注入和能量在反應(yīng)器內(nèi)分布的改變，影響反應(yīng)器的放電特性。再則，活性炭的填充也可以產(chǎn)生微放電，是放電更容易，劇烈，但是填充太多，太多了放電就不均勻了。所以，活性炭的填充液不能太多或太少。</p><p

101、><b>　　運(yùn)行條件優(yōu)化</b></p><p>　　設(shè)備的運(yùn)行要考慮運(yùn)行條件。本實(shí)驗(yàn)中由于風(fēng)機(jī)氣量大，連接管小，有一部分電能轉(zhuǎn)化成了熱能，影響活性炭的吸附效果，因?yàn)榛钚蕴康奈叫阅茈S溫度的升高而降低，所以要注意氣體溫度和外界實(shí)驗(yàn)溫度不能過高；活性炭的吸附性能隨壓力的增高而增強(qiáng)，因此要注意選擇一個(gè)最佳壓力，達(dá)到既能保證吸附效果，又能降低能耗；氣體流速也是應(yīng)該控制的，流速太快，有機(jī)物在

102、裝置中國停留時(shí)間短，不利于等離子體的氧化和活性炭的吸附；等離子的高壓選擇也很關(guān)鍵，電壓太低無法擊穿空氣或介質(zhì)，等離子不能產(chǎn)生或產(chǎn)量少，電壓太高，耗能高，對(duì)設(shè)備質(zhì)量要求高，并且危險(xiǎn)系數(shù)變大，不利于人操作；其他活性炭種類的選擇要注意其選擇吸附性，對(duì)不同的有機(jī)物選用不同種類的活性炭。其他因素還有很多，如有機(jī)廢氣濕度，濃度，pH等都會(huì)對(duì)裝置處理效果有影響，所以在使用該裝置有機(jī)物前，應(yīng)該研究該有機(jī)物的特性和相關(guān)吸附條件，已達(dá)到凈化效果的優(yōu)化。&l

103、t;/p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　活性炭吸附法和等離子體技術(shù)結(jié)合的有機(jī)廢氣治理工藝是一種方便易行、節(jié)能高效的新型有機(jī)廢氣處理工藝，本研究在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，利用活性炭吸附和等離子技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一個(gè)活性炭吸附再生一體化設(shè)備，用以處理苯廢氣。經(jīng)過理論論證和實(shí)驗(yàn)研究，活性炭吸附再生一體化設(shè)備達(dá)到了預(yù)期有機(jī)物凈化，活性炭吸附和再生的一體化要求

104、，并減小了裝置占地面積。該設(shè)備操作簡單，經(jīng)濟(jì)易組建，可實(shí)現(xiàn)活性炭的原位再生，反應(yīng)條件接近常壓，反應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，處理結(jié)果高效、可靠，無一次污染，投資費(fèi)用低、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，在未來的環(huán)保產(chǎn)業(yè)中將具有廣闊的運(yùn)用前景。</p><p>　　同時(shí)，該設(shè)備還需從放電形式、氣隙尺寸、活性炭用量方面進(jìn)行裝置改進(jìn)，從有機(jī)廢氣流量、溫度、氣壓、電壓等方面確定最佳運(yùn)行環(huán)境條件，以達(dá)到設(shè)備的優(yōu)化，充分發(fā)揮其有機(jī)廢氣凈化效果和活性炭再生性能。&l