改性活性炭吸附甲苯废气的研究进展

李芮¹，施宇震¹，宁平¹，谷俊杰¹，关清卿¹，耿瑞文²，孟凡凡³

1. 昆明理工大学环境科学与工程学院2. 昆明理工大学机电工程学院3. 云南北控水务有限公司

摘 要：甲苯是一种有毒的挥发性有机物,会对环境造成严重危害。活性炭吸附法是处理甲苯的经典工艺,但普通活性炭通常存在灰分高、吸附选择性差、孔径分布不均匀及表面官能团限制等问题。为了更高效、更有针对性地吸附目标物质,需要对活性炭进行改性处理。研究人员从选择合适的改性物质、处理工艺、操作条件及改性物剂量等方面不断尝试来确定最佳改性方法。目前活性炭的改性方法主要有酸碱改性法、负载杂原子和化合物改性法、低温等离子体改性法、微波改性法等。酸碱改性法通过去除活性炭中酸碱可溶性物质来降低灰分含量,从而扩大其比表面积和孔道容积。相较酸改性,碱改性可提高活性炭表面碱性官能团数量,增强其表面π-π色散力,使活性炭整体的非极性提升,有利于其吸附弱极性的甲苯。负载杂原子和化合物改性法是利用负载的杂原子和化合物与甲苯之间的络合作用来提高活性炭的吸附性能,但引入的杂原子和化合物含量过高时易堵塞孔道,降低活性炭对甲苯的吸附容量。低温等离子改性法具有能耗低、使用范围广和效率高等优点,是一项去除污染物的环保新技术,不仅可改变活性炭表面的化学性质,也会对其界面物性产生影响,在活性炭表面处理方面显示出广阔的应用前景。微波改性法利用微波能量在活性炭表面产生更多的活性位点,配合通入的还原性气体还能分解活性炭表面的酸性官能团,增强其碱性。微波加热可以去除活性炭孔道内部的杂质,但随着温度的升高,会造成炭骨架收缩,不利于吸附的进行。其中微波辐照功率、改性物的浓度及辐照时间是微波改性法中需要控制的关键因素。本文综述了活性炭及各种改性活性炭吸附甲苯的研究进展,通过吸附等温模型对比分析了不同改性活性炭对甲苯的吸附性能及吸附机理。研究表明,活性炭的比表面积、孔道结构及表面化学性质等是影响吸附性能的主要原因。本文还探讨了不同改性方法对活性炭理化性质的影响,对于提高活性炭的吸附效率具有重要意义,也为研制高效吸附甲苯的改性活性炭奠定了理论基础。最后,提出了活性炭研究中亟待解决的问题与其今后的发展方向,为后续研究和工业生产应用提供参考。

关键词：活性炭;改性;甲苯;吸附;