專(zhuān)利名稱：一種活性碳纖維原位再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活性碳纖維的再生方法，特別是用于處理氣態(tài)污染物的 活性碳纖維再生。
背景技術(shù)：
活性碳纖維是一種較新型的高效吸附劑。它是用超細(xì)的活性炭微粒與各 種纖維素、人造絲、紙漿等混合制成的各種形態(tài)的纖維活性炭。微孔范圍在
0.5-1.4|im，比表面積大。對(duì)各種無(wú)機(jī)和有機(jī)氣體、水溶液中的有機(jī)物、重金 屬離子等具有較大的吸附量和較快的吸附速率，其吸附能力比一般的活性炭 高1-10倍，特別是對(duì)一些惡臭物質(zhì)的吸附量比顆?；钚蕴恳叱?0倍左右。 目前主要用于氣相吸附，是具有重要商業(yè)價(jià)值的吸附劑。
活性碳纖維吸附飽和后需再生循環(huán)使用?，F(xiàn)有的再生方法主要包括加熱 再生、減壓再生、吹掃再生、置換再生和溶劑萃取再生等。加熱再生法是指 將吸附飽和的吸附劑加熱，隨著吸附劑溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，平衡吸附 量減少，大部分吸附質(zhì)就從吸附劑上脫附出來(lái)的方法。加熱介質(zhì)多為水蒸氣， 也可為熱空氣。加熱再生多用于非極性吸附劑的脫附，如活性炭吸附凈化有 機(jī)溶劑蒸氣后，既可采用此種方式脫附，并可回收有機(jī)溶劑。減壓再生法是 指減低飽和吸附劑周?chē)鷼怏w的壓力，使吸附質(zhì)從吸附劑上脫附出來(lái)的方法。 減壓再生適合于變壓吸附操作且平衡吸附量隨吸附質(zhì)分壓為線性關(guān)系的場(chǎng) 合。該方法需變壓操作，且動(dòng)力消耗大，因而在氣態(tài)污染物的吸附凈化中采 用較少。吹掃再生是指用不被吸附的氣體(惰性氣體)吹掃飽和吸附劑床層， 并將脫附出來(lái)的吸附質(zhì)帶走的再生方法。這種再生方法脫附程度差，且吹掃 氣體中吸附質(zhì)濃度較低，回收困難。因此，該方法一般不單獨(dú)使用。置換再 生是指選擇合適的氣體(脫附劑)，將吸附質(zhì)置換與吹脫出來(lái)的方法。這種方 法需加一道工序，即脫附劑的再脫附，以使吸附劑恢復(fù)吸附能力。該法適用 于對(duì)溫度敏感的物質(zhì)。溶劑萃取再生是指選擇合適的溶劑，使吸附質(zhì)在該溶 劑中的溶解性能遠(yuǎn)大于吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附作用，將吸附物溶解下來(lái)的方法。
以上再生方法均不同程度地存在著以下幾點(diǎn)不足(1)再生過(guò)程中炭損 失往往較大；(2)再生后活性炭纖維吸附能力會(huì)有所下降；(3)再生時(shí)產(chǎn)生 的尾氣如果處理不當(dāng)會(huì)造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上再生方法的不足，本發(fā)明提供一種等離子體原位再生方法，該 方法再生效率高，炭損失量低，無(wú)二次污染。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。首先在吸附裝置內(nèi)設(shè)置 電暈電極和接地電極，并使活性炭纖維置于電暈電極和接地電極之間；然后 將電暈電極與交流電源相連，電暈電極和接地電極之間的電場(chǎng)使吸附裝置內(nèi) 產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹 脫下來(lái)；達(dá)到預(yù)先設(shè)定的再生時(shí)間后，將電暈電極與交流電源斷開(kāi)，再生結(jié) 束。
所述的交流電源的頻率為100~200 Hz，電暈電極與接地電極之間的電場(chǎng) 強(qiáng)度為5~7.5 kV/cm，再生時(shí)間為2~5 min。
本發(fā)明是利用低頻交流電源在吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩 和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹脫下來(lái)，同時(shí)等離子體釋放的 熱量為吸附質(zhì)脫附提供脫附熱。脫附后的氣態(tài)污染物分子與放電產(chǎn)生的高能 電子、核電粒子、自由基以及臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終被降解為無(wú)害氣體排 出，不產(chǎn)生二次污染。再生后的活性碳纖維保持了原有活性，可再次投入使 用。
本發(fā)明采用低溫等離子體活性碳纖維原位再生方法，是因?yàn)榈入x子體具 有以下特點(diǎn)
1) 等離子體振蕩作用。如果在等離子體的某一局部區(qū)域里瞬間出現(xiàn)了正 或負(fù)的空間電荷，那么這些電荷將開(kāi)始振蕩。等離子體振蕩是由等離子體中 粒子群的相互作用形成的有組織的集體運(yùn)動(dòng)。吸附在活性碳纖維上的氣態(tài)污 染物分子會(huì)在等離子體振蕩的作用下，從微孔中振出，實(shí)現(xiàn)脫附。
2) 電風(fēng)作用。在外加電場(chǎng)強(qiáng)度特別高的情況下，空氣發(fā)生電離。由于同種電荷互相排斥，導(dǎo)體上的靜電荷總是分布在表面上，而且一般來(lái)說(shuō)分布是 不均勻的，這使得空氣中殘存的少量離子發(fā)生加速運(yùn)動(dòng)。這些被加速的離子 與空氣分子相碰撞后，使更多的空氣分子電離，形成電子雪崩。高速運(yùn)動(dòng)的 電子與核電粒子會(huì)使其周?chē)目諝獍l(fā)生氣流擾動(dòng)，進(jìn)而形成電風(fēng)，電風(fēng)可將 部分吸附在活性碳纖維上的氣態(tài)污染物分子吹脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)脫附。
3) 等離子體放熱作用。按等離子體的熱力學(xué)平衡狀態(tài)，等離子體可分為 完全熱力學(xué)平衡等離子體、局部熱力學(xué)平衡等離子體和非熱力學(xué)平衡等離子 體。非熱力學(xué)平衡等離子體也稱冷等離子體或低溫等離子體，此類(lèi)等離子體
內(nèi)部電子溫度很高，可達(dá)上萬(wàn)開(kāi)爾文，而離子及氣體溫度保持在300~500K， 從而形成熱力學(xué)上的非平衡性。本發(fā)明采用的是低溫等離子體技術(shù)，但即使 是低溫意義下的等離子體，當(dāng)放電時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，仍然能使電場(chǎng)中達(dá)到 450 500K的較高溫度，從而為脫附提供充足的脫附熱。
4) 等離子體降解作用。等離子體具有降解污染物分子的作用，其機(jī)理如 下其一，由電場(chǎng)產(chǎn)生的電子直接和污染物分子碰撞，從而使污染物分子電 離、解離和激發(fā)；其二，各種活性基團(tuán)和污染物分子之間發(fā)生化學(xué)作用，這 些活性基團(tuán)主要包括OH、 H02和O原子，它們和污染物分子之間發(fā)生一系列 的化學(xué)反應(yīng)，形成C02和H20等對(duì)環(huán)境無(wú)害的物質(zhì)。
本發(fā)明低溫等離子體活性碳纖維原位再生方法與現(xiàn)有方法比較具有以下 顯著進(jìn)步-
1) 再生效率高。在電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)5-7.5kV/cm，放電頻率100-250Hz的范圍內(nèi)， 再生效率達(dá)99.5%以上；
2) 活性碳纖維再生炭損失量低。在最佳運(yùn)行參數(shù)下，再生炭損失低于
0.2%;
3) 再生后吸附活性不降低。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)本方法多次再生后的活性碳纖 維可保持原有吸附活性；
4) 污染物原位降解，不需附加脫附氣體處理裝置，工藝簡(jiǎn)單，操作方便， 不產(chǎn)生二次污染。


圖1是本發(fā)明中電源頻率對(duì)活性炭纖維再生效果的影響
圖2是本發(fā)明中電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)活性炭纖維再生效果的影響 圖3是本發(fā)明中再生時(shí)間對(duì)活性炭纖維再生效果的影響 圖4是本發(fā)明的再生裝置結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明-
吸附裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括殼體15、頂蓋8、由多孔外筒7 和多孔內(nèi)筒5圍成的環(huán)形吸附劑筒、設(shè)置在環(huán)形吸附劑筒內(nèi)的活性碳纖維6。 頂蓋8與殼體15通過(guò)法蘭相連接，吸附劑筒設(shè)置在殼體15內(nèi)，活性炭纖維6 設(shè)置在吸附劑筒內(nèi)。
首先在吸附裝置內(nèi)設(shè)置電暈電極和接地電極，并將活性炭纖維置于電暈 電極和接地電極之間，具體為將殼體15和頂蓋8處的連接法蘭打開(kāi)，將電 暈電極12設(shè)置在吸附劑筒的中軸線上，接地電極13固定在殼體15的內(nèi)壁上， 絕緣內(nèi)襯14置于接地電極13和殼體15之間。
然后將電暈電極與交流電源9相連，電暈電極和接地電極之間的電場(chǎng)使 吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維 上振脫或吹脫下來(lái)。達(dá)到預(yù)先設(shè)定的再生時(shí)間后，將電暈電極與交流電源斷 開(kāi)，再生結(jié)束。
交流電源的頻率為100-200 Hz (赫茲)，電暈電極與接地電極之間的電場(chǎng) 強(qiáng)度為5~7.5 kV/cm (千伏/厘米)，再生時(shí)間為2 5min (分鐘)。 按照上述方法，作了如下實(shí)驗(yàn)
等離子體由低頻交流電源通過(guò)電暈放電發(fā)生，電源頻率在50~500Hz范圍 內(nèi)連續(xù)可調(diào)，電場(chǎng)強(qiáng)度通過(guò)電源電壓控制在4 8kV/cm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。實(shí)施 例中采用等離子體技術(shù)對(duì)吸附硫化氫的活性炭纖維進(jìn)行再生，改變放電頻率、 電場(chǎng)強(qiáng)度和再生時(shí)間，以取得最佳再生效果的工藝參數(shù)。圖1為電源頻率對(duì) 活性炭纖維再生效果的影響，電場(chǎng)強(qiáng)度為7.5kV/cm,再生時(shí)間為2min，電源 頻率分別為50Hz、 100 Hz、 150 Hz、 200 Hz和250Hz。隨著頻率的增加活性 炭纖維脫附率和炭損失率均增加。當(dāng)頻率為50Hz時(shí)，脫附率僅為63.5%,炭
6損失率為0.1%。當(dāng)頻率為100Hz時(shí)，脫附率為99.5°/。，炭損失率為0.3%。當(dāng) 頻率提高到250Hz時(shí)，脫附率增長(zhǎng)很小，而炭損失率卻增加到了2.7%。由此 可見(jiàn)電源頻率控制在100Hz-200Hz范圍內(nèi)比較合理。圖2為電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)活性 炭纖維再生效果的影響，頻率固定在150Hz，再生時(shí)間為3min，場(chǎng)強(qiáng)分別為 4kV/cm、 5 kV/cm和7.5 kV/cm。隨著場(chǎng)強(qiáng)的增加活性炭纖維脫附率和炭損失 率均增加。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)為4kV/cm時(shí)，脫附率僅為46%，炭損失率為0.06%。當(dāng)場(chǎng) 強(qiáng)為5kV/cm時(shí)，脫附率提高到99.5%，炭損失率為0.15%。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到7.5 kV/cm時(shí)，脫附率保持不變，仍為99.5%，炭損失率也處于較低水平，僅增至 0.9%。由此可見(jiàn)電場(chǎng)強(qiáng)度控制在5 kV/cm 7.5kV/cm范圍內(nèi)比較合理。圖3 為再生時(shí)間對(duì)活性炭纖維再生效果的影響，頻率為150Hz，場(chǎng)強(qiáng)為5kV，再生 時(shí)間分別為lmin、 2min、 3min禾卩5min。隨著再生時(shí)間的增加活性炭纖維脫 附率和炭損失率均增加。當(dāng)再生時(shí)間為lmin時(shí)，脫附率為88%，炭損失率為 0.05%。當(dāng)再生時(shí)間為2min時(shí)，脫附率提高到99%，炭損失率為0.15%。當(dāng) 再生時(shí)間為5min時(shí)，脫附率為99.5%，炭損失率為0.5%。由此可見(jiàn)再生時(shí)間 控制在2min-5min范圍內(nèi)比較合理。
上述低頻交流電源通過(guò)電暈放電所形成的等離子體是一種低溫非平衡態(tài) 等離子體，其對(duì)脫附出來(lái)的氣態(tài)污染物(如VOCs和惡臭氣體等)具有很好 的分解效果，不產(chǎn)生二次污染，能夠真正實(shí)現(xiàn)活性炭纖維的原位再生。
權(quán)利要求
1、一種活性炭纖維原位再生方法，其特征在于首先在吸附裝置內(nèi)設(shè)置電暈電極和接地電極，并使活性炭纖維置于電暈電極和接地電極之間；然后將電暈電極與交流電源相連，電暈電極和接地電極之間的電場(chǎng)使吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹脫下來(lái)，脫附下的氣態(tài)污染物進(jìn)而被分解為無(wú)害氣體；達(dá)到再生時(shí)間后，將電暈電極與交流電源斷開(kāi)，再生結(jié)束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活性炭纖維原位再生方法，其特征在于所述 的交流電源的頻率為100 200Hz，電暈電極與接地電極之間的電場(chǎng)強(qiáng)度為 5~7.5 kV/cm，再生時(shí)間為2~5 min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活性碳纖維的再生方法，特別是用于處理氣態(tài)污染物的活性碳纖維再生。具體是利用低頻交流電源在吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體。等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性碳纖維上振脫或吹脫下來(lái)，同時(shí)等離子體釋放的熱量為吸附質(zhì)脫附提供脫附熱。脫附后的氣態(tài)污染物分子與放電產(chǎn)生的高能電子、核電粒子、自由基以及臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終被降解為無(wú)害氣體排出，不產(chǎn)生二次污染。再生后的活性碳纖維保持了原有活性，可再次投入使用。本發(fā)明具有再生效率高、再生時(shí)炭損失量低以及再生后吸附活性不降低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J20/30GK101549283SQ20091008295
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者何麗娟, 方宏萍, 堅(jiān) 李, 李晶欣, 梁文俊, 濤 竹, 金毓峑 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)