摘 要

VOCs是主要来源于交通工具废气排放以及石油化工行业轻烃尾气的挥发性有机化合物，就目前的排放量来看，VOCs已逐渐发展成为世界第三大气体污染物，治理问题亟待解决。研究发现，活性炭由于其良好的物理化学性质，成为目前治理 VOCs 的首选吸附剂。本文介绍了挥发性有机化合物各方面的特性和危害，现阶段已有的VOCs治理技术，活性炭吸附法在VOCs治理中的使用现状和前景，概括了活性炭吸附法在治理 VOCs过程中所涉及的相关原理，并分别分析了活性炭的理化性质、以及操作条件对活性炭吸附法治理 VOCs的效果影响，简述了多种活性炭的制备方法，为 VOCs治理专用活性炭的改进和新产品的开发，提供了理论依据。重点研究了以四种不同活性炭为吸附剂，以甲苯，丙酮，二氯甲烷，乙酸乙酯为目标污染物，即吸附质，研究影响活性炭吸附脱附的主要因素，确定了几种活性炭吸附性能的综合评价结果扩展总结。此外，为了减少经济和资源上的浪费，还探究了失活活性炭的再生回收方法。

关键词：活性炭；VOCs；吸附法；存储和再生

Preparation of adsorbent materials for removing several kinds of VOCs and their storage-regeneration mechanism

ABSTRACT

VOCs are volatile organic compounds mainly derived from vehicle exhaust emissions and light hydrocarbon tail gas in the petrochemical industry. As far as current emissions are concerned, VOCs have gradually developed into the world's third largest gas pollutants, and the problem of governance needs to be solved urgently. The study found that activated carbon, due to its good physicochemical properties, has become the preferred adsorbent for the treatment of VOCs. This paper introduces the characteristics and hazards of various aspects of volatile organic compounds, the current VOCs treatment technology, the current status and prospects of activated carbon adsorption in the treatment of VOCs, and summarizes the relevant aspects of the activated carbon adsorption process in the treatment of VOCs. The principle and the effects of physicochemical properties of activated carbon and operating conditions on the treatment of VOCs by activated carbon adsorption were analyzed. The preparation methods of various activated carbons were briefly described, which provided a theory for the improvement of special activated carbon for VOCs treatment and the development of new products. in accordance with. The main factors affecting the adsorption and desorption of activated carbon were studied with four different activated carbons as adsorbents and toluene, acetone, dichloromethane and ethyl acetate as the target pollutants. The comprehensive evaluation results are expanded and summarized. In addition, in order to reduce economic and resource waste, the regeneration and recovery method of deactivated activated carbon was also explored.

Key words：Activated carbon; VOCs; adsorption method; storage and regeneration

目 录

目 录 - 1 -

前言 1

第1章 绪论 3

1.1 VOCs相关介绍 3

1.1.1 VOCs的定义 3

1.1.2 VOCs的来源 3

1.1.3 VOCs的危害 3

1.2 VOCs的治理技术 4

1.3 活性炭吸附法治理VOCs 4

1.3.1 活性炭简介 4

1.3.2 活性炭吸附VOCs原理 5

1.3.3 活性炭的制备 5

1.4 研究目的及意义 6

1.5 研究内容 6

第2章 实验部分 6

2.1 实验试剂及仪器 7

2.1.1 试剂 7

2.1.2 仪器 7

2.2 活性炭预处理 7

2.3 活性炭性能测试实验装置及步骤 7

2.3.1 实验装置 7

2.3.2 操作步骤 8

2.3.2.1 活性炭吸附 8

2.3.2.2 活性炭脱附 8

2.4 吸附性能评价指标 9

2.4.1 动态吸附穿透容量（DPC）和穿透时间（PT） 9

2.4.2 动态吸附饱和容量（DSC）和饱和时间（ST） 9

2.4.3 评价方法 9

2.5 活性炭的表征 9

2.6 实验结果 10

2.6.1 BET 10

2.6.2 吸附性能结果 11

2.6.2.1 四类活性炭对丙酮的吸附 11

2.6.2.2 四类活性炭对甲苯的吸附 12

2.6.2.3 四类活性炭对二氯甲烷的吸附 12

2.6.2.4四类活性炭对乙酸乙酯的吸附 13

2.7 存储-再生机制的研究 14

第3章 结 论 16

致 谢 17

参考文献 18

前言

现代科学技术蓬勃发展的今天，涂装、印染、石化等产业迅猛发展，同时也产生了大量的废物，其中包含的VOCs如今成为环境治理关注的焦点。随着各国对环保的重视，我国也在不断更新出台更加严苛的污染物排放标准^[1]，因此研究相应的 VOCs 处理技术也将更加急迫。

目前，国内外对VOCs回收处理的方法，主要包括冷凝法^[2] 、吸收法、吸附法和膜分离技术^[3]等。其中，吸附法具有操作简单、环保、效率高等优点，对于处理低浓度的挥发性有机化合物有良好效果，相比于其他挥发性有机化合物的分离技术，吸附法可以将难以分开的混合物选择性的分离开，并且也能有效地去除低浓度有毒有害物质，同时具备去除效率较高，操作方法安全简便，没有二次污染等优点。经过高温法，微波法等处理方式可以将有机溶剂回收以及循环使用的目的。在目前的研究阶段，活性炭是十分热门的吸附方法，除此之外，常用吸附剂如硅胶、活性氧化铝等多孔材料也常用于VOCs的吸附与分离。根据最近几年的研究方向可以发现，用活性碳纤维、活性碳布等材料处理挥发性有机化合物的方法也引起了许多科研人员的关注。

活性炭由于其优异的理化性质，相对于其他吸附剂具有明显的优势，其孔道结构发达，具有丰富的微孔和巨大的比表面积，能提供大量的VOCs吸附点，活性炭的这种性质使其能够吸附分子大小不同的物质，同样地，对于其他挥发性有机化合物，像苯类、乙酸乙酯、氯仿等有毒有害物质的吸附回收也非常有效。此外，活性炭还具有的其他表面特性，如非极性、疏水性等，使得活性炭对非极性物质的吸附与分离有更优异的选择性。并且用于制备活性炭的原料价格低廉，资源充足，对比于其他吸附剂的制备方法，活性炭不仅制备工艺简单，并且经过简单的工艺技术处理即可脱附再生。基于以上活性炭理化性质，制备与循环再生等种种良好特性，活性炭已被广泛用作吸附剂来处理挥发性有机化合物。活性炭吸附处理挥发性有机化合物因能耗低，技术成熟，操作弹性大等优点也得到了广泛应用。随着新型吸附材料——活性碳的开发利用和改良，吸附法的应用也将会更加广泛。因此活性炭吸附法成为目前处理VOCs最常见的方法。活性炭的吸附脱附将是本文中吸附法处理挥发性有机化合物的研究重点。在确定实验选材所需要的活性炭时，目标活性炭自身的理化性质是首先需要考虑到的因素之一，另外需要被处理的吸附质的特性同样需要纳入考虑范围，除此之外，吸附过程的操作条件如吸附操作过程的空速、温度也是考虑重点，这些因素都将会影响到活性炭的吸附容量、解吸再生及活性炭的使用寿命。