活性炭吸附剂在大气污染控制中的应用及动活性

1.对吸附剂的要求

虽然所有的固体表面，对于流体都或多或少地具有物理吸附作用，但合乎工业要求的吸附剂，必须具备以下条件。

（1）要具有巨大的内表面积，而其外表面积往往仅占总表面积的极小部分，故可看作是一种极其疏松的固态泡沫体。例如，硅胶和活性炭的内比表面积分别高达500 m2/g和1000 m2/g以上。

（2）对不同气体具有选择性的吸附作用。例如，木炭吸附SO2或NH3的能力较吸附空气为大。一般地说，吸附剂对各种吸附组分的吸附能力，随吸附组分沸点的升高而加大，在与吸附剂的相接触的气体混合物中，首先被吸附的是高沸点的组分。在大多数情况下，被吸附组分的沸点与不被吸附组分（即惰性组分）的沸点相差很大，因而惰性组分的存在，基本上不影响吸附的进行。

（3）较高的机械强度、化学与热稳定性。

（4）吸附容量大。吸附容量是指在一定温度和一定的吸附质浓度下，单位质量或单位体积吸附剂所能吸附的最大吸附质质量。吸附容量除与吸附剂表面积有关外，还与吸附剂的孔隙大小、孔径分布、分子极性及吸附剂分子上官能团性质有关。

（5）来源广泛，造价低廉。

（6）良好的再生性能。

2.气体净化常用的吸附剂

工业上广泛应用的吸附剂主要有五种：活性炭、活性氧化铝、硅胶、白土和沸石分子筛。

（1）活性炭。活性炭是应用最早、用途较广的一种优良吸附剂。它是由各种含碳物质干馏炭化，并经活化处理而得到的。炭化温变一般低于873 K，活化温度为1123 K～1173 K，通常活化剂为水蒸气或热空气。近年来，氯化锌、氯化镁、氯化钙及硫酸等也用作活化剂。

活性炭原材料的来源非常广泛，各种木材、木屑、果壳、果核、泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤以及各种含碳的工业废物都可制成活性炭。由于活性炭的生产工艺比较复杂，活性炭吸附剂的价格较贵。

活性炭是孔穴十分丰富的吸附剂，比表面积在600～1400 m2/g，活性炭的比表面积最大，故其具有优异的吸附能力。它的用途几乎遍及各个工业部门。它可用于溶剂蒸汽的回收、烃类气体提取分离、动植物油的精制、空气或者其他气体的脱臭、水和其他溶剂的脱色等。近年来，活性炭吸附剂在环境保护方面得到广泛应用，如用于处理工业废水及治理某些气态污染物等。

（2）活性氧化铝。活性氧化铝是将含水氧化铝，在严格控制升温条件下，加热到737 K，使之脱水而制得的。它为多孔结构物质并具有良好的机械强度。活性氧化铝比表面积大约为200～250 m2/g。活性氧化铝对水分有很强的吸附能力，主要用于气体和液体的干燥、石油气的浓缩和脱硫，近年来又将它用于含氟废气的治理。

（3）硅胶。硅胶是一种坚硬多孔的固体颗粒，一般制成粒状或球状体，其分子为SiO2·n H2O。硅胶的制备方法是将水玻璃（硅酸钠）溶液用酸处理，然后再将得到的硅凝胶经老化、水洗，在368 K～403 K温度下，经干燥脱水制得。硅胶是工业上常用的吸附剂。硅胶吸水容量较大，它从气体中吸附的水分最高可达硅胶自身质量的50%。吸水后的饱和硅胶，可通过加热方法（573 K）将其吸附的水分锐附，得到再生。在工业上硅胶多用于气体的干燥和从废气中回收极为有用的烃类气体。(www.xing528.com)

硅胶是易于亲水性的吸附剂，如细孔性硅胶在293 K、相对湿度为60%的空气中，达到平衡时的吸附水分为本身质量的24%。

（4）白土。白土分为漂白土和酸性白土。漂白土是一种天然黏土，其主要成分是硅铝酸盐。这种黏土经加热和干燥后，可形成多孔结构的物质。将其碾碎和筛分，取其一定细度的颗粒即可作为吸附剂。漂白土吸附剂对各种油类脱色很有效，并可除去油中的臭味，使用后的漂白土，经洗涤及灼烧除去吸附在表面和孔隙内的有机物后，可重复使用。

SiO2/Al2O3比值比较低的白土，不经酸化处理是没有吸附活性的。只有经硫酸或盐酸处理后才具有吸附能力。用硫酸处理的工艺条件是，硫酸的含量为20%～40%，温度为353～383 K，时间为4～12 h。酸处理后的白土经洗涤、干燥、碾碎即可获得酸性白土，酸性白土的脱色效率比天然漂白土高。

（5）沸石分子筛。沸石分子筛主要是指人工合成的泡沸石，它属于多孔性的硅酸铝骨架结构。每一种分子筛都具有均匀一致的孔穴尺寸，其孔径的大小相当于分子（或离子）的大小。

3.吸附剂的活性

吸附剂的活性是吸附剂吸附能力的标志，常以吸附剂上已吸附吸附质的量与所用吸附剂量之比的百分数来表示。其物理意义是单位吸附剂所能吸附吸附质的量。

吸附剂的活性分为静活性和动活性。静活性是在一定温度下，与气体中被吸附物（吸附质）的初始浓度达平衡时单位吸附剂上可能吸附的最大吸附量。亦即在一定温度下，吸附达到饱和时，单位吸附剂所能吸附吸附质的量。动活性是吸附过程还没有达到平衡时单位吸附剂吸附吸附质的量。流体通过吸附剂床层时，床层中吸附剂逐渐趋于饱和。一般认为，当流出气体中发现有吸附质时，吸附器中的吸附剂层已穿透，这时单位吸附剂所吸附吸附质的量称为动活性。

4.吸附剂的再生

当吸附剂饱和后需要再生。再生方法有加热解吸再生、降压或真空解吸再生、溶剂萃取再生、置换再生、化学转化再生等。再生时一般采用逆流吹脱的方式。

（1）加热解吸再生：通过升高吸附剂温度，使吸附物脱附，吸附剂得到再生。几乎各种吸附剂都可用加热解吸再生方法恢复吸附能力。不同的吸附过程需要不同的温度。吸附作用越强，脱附时需加热的温度越高。

（2）降压或真空解吸再生：吸附过程与气相的压力有关，压力高时，吸附进行得快；当压力降低时，脱附占优势。因此，通过降低操作压力可使吸附剂得到再生，例如，若吸附在较高压力下进行，把压力降低可使被吸附的物质脱离吸附剂进行解吸；若吸附在常压下进行，可采用抽真空方法进行解吸。

（3）置换再生：选择合适的气体（脱附剂），将吸附置换与吹脱出来。这种再生方法需加一道工序，即脱附剂的再脱附，以使吸附剂恢复吸附能力。脱附剂与吸附质的被吸附性能越接近，则脱附剂用量越省。若脱附剂被吸附程度比吸附质强时，属置换再生，否则，吹脱与置换作用都兼有。该法较适用于对温度敏感的物质。

（4）溶剂萃取：选择合适的溶剂，使吸附质在该溶剂中的溶解性能远大于吸附剂对吸附质的吸附作用，将吸附质溶解下来。例如，活性炭吸附SO2，用水洗涤，再进行适当的干燥便可恢复吸附能力。

生产实践中，上述几种再生方法可以单独使用，也可几种方法同时使用。如活性炭吸附有机蒸汽后，可用通入高温蒸汽再生，也可用加热和抽真空的方法再生；沸石分子筛吸附水分后，可用加热吹氮气的办法再生。