活性炭纖維治理大氣污染的性能及機(jī)理研究

井霞威

（河南首創(chuàng)環(huán)?？萍加邢薰竞幽鲜∴嵵菔?50000）

活性炭纖維治理大氣污染的性能及機(jī)理研究

井霞威

（河南首創(chuàng)環(huán)?？萍加邢薰竞幽鲜∴嵵菔?50000）

工業(yè)化的發(fā)展造成了劇烈的能源消耗，同時(shí)對(duì)大氣的污染也十分嚴(yán)重，近些年來可持續(xù)發(fā)展理念的提出使針對(duì)大氣污染的治理倍受關(guān)注。我國(guó)工業(yè)排放的廢氣主要以二氧化氮、二氧化硫、硝酸根離子氣體為主，這些氣體排放到大氣中或會(huì)形成酸雨、硫化霧霾等現(xiàn)象。目前我國(guó)處理大氣污染主要采取活性炭纖維技術(shù)，這是一種新型的吸附性纖維材料，它具有表面織孔纖維吸附力強(qiáng)，吸附量大、再生容易等特點(diǎn)。所以我國(guó)開展了針對(duì)活性炭纖維技術(shù)的大范圍研究。

活性炭纖維；治理；大氣污染；性能；機(jī)理；研究

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷提高，可持續(xù)發(fā)展理念被廣泛關(guān)注，尤其是針對(duì)工業(yè)廢氣排放方面的技術(shù)成為了很多科研單位研究的對(duì)象。治理大氣污染最為優(yōu)良的材料為活性炭纖維，它對(duì)二氧化硫和含有硝酸根離子的氣體有著很強(qiáng)的吸附力，本文通過對(duì)活性炭纖維的使用性能和機(jī)理進(jìn)行分析，望廣大同行給予指導(dǎo)。

1 活性炭纖維治理大氣污染的性能研究

活性炭纖維起源于20世紀(jì)60年代，它的前身來自高性能碳纖維，并且是由高性能碳纖維像粘膠基活性炭纖維、酚醛活性炭纖維的方向發(fā)展起來，形成了今天的活性炭纖維，在活性炭纖維發(fā)展的歷程中，誕生了粘膠基、酚醛基、聚酰亞胺基等多種類型的活性炭纖維，這也使活性炭纖維的用途更加廣泛，活性炭纖維的生產(chǎn)原料主要由聚丙烯腈纖維、酚醛纖維、瀝青纖維、聚乙烯醇纖維、粘膠纖維等人工纖維和天然纖維進(jìn)行混合形成，不同活性炭纖維在應(yīng)用上存在較大的差異，針對(duì)不同的大氣污染使用相應(yīng)正確的活性炭纖維，活性炭纖維最大特點(diǎn)在于吸附力強(qiáng)，它的最大吸附能力能夠達(dá)到1000～1500m2/g，甚至2000m2/g以上，同時(shí)它的表面積很大，其能夠很好的完成吸脫，不容易被粉化出現(xiàn)二次污染，其物理性能能夠適合大多數(shù)環(huán)境和溫度下的壓力，并且節(jié)能性很強(qiáng)；在化學(xué)性方面，其能夠在酸堿環(huán)境下使用，并且十分穩(wěn)定，可以進(jìn)行多次循環(huán)使用，其使用后材料可以被土壤進(jìn)行降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，其對(duì)于低濃度氣體的吸附能力更是優(yōu)秀，這也使活性炭纖維成為了治理大氣污染最為有效的法寶。

2 活性炭纖維治理大氣污染的應(yīng)用機(jī)理

因?yàn)榛钚蕴坷w維能夠?qū)Χ趸?、二氧化硫、硝酸根離子氣體進(jìn)行有效的脫除，所以在我國(guó)的環(huán)境保護(hù)治理中被廣泛的使用，我們以二氧化硫?yàn)槔钚蕴坷w維在氧氣和蒸汽環(huán)境下能夠完成對(duì)于二氧化硫的氧化脫硫，首先它對(duì)氣體物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)重組，使二氧化硫與水蒸汽反應(yīng)變?yōu)榱蛩?，再使用洗滌的方法使硫被脫附出來，這種方法在于使二氧化硫轉(zhuǎn)變?yōu)槿趸?，使二氧化硫被很快氧化，而正是這種反應(yīng)方法使得水具備了雙重作用，在水和二氧化硫反應(yīng)生成三氧化硫和水合硫酸，這使活性炭纖維在去除性上更加快速，整個(gè)去除過程如下：二氧化硫和水的吸附；二氧化硫氧化形成吸附的三氧化硫；三氧化硫和水形成硫酸，這一過程完成后可以通過水合的形式被洗脫，并且使活性炭纖維能夠完成連續(xù)的吸附，這種反應(yīng)機(jī)理需要二氧化硫被界定為能和氣體、水蒸汽反應(yīng)的物質(zhì)，二氧化硫在轉(zhuǎn)化的過程中水合硫酸最先被吸附，可以直接完成活性炭纖維表面全覆蓋，這樣就為水稀釋水合硫酸提供了空位，使硫物質(zhì)被近一步的脫附，而在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)，廢氣中水的濃度越大，二氧化硫被轉(zhuǎn)換的就越徹底，這也就證明，水量和二氧化硫轉(zhuǎn)換有著直接的關(guān)系，同時(shí)水也是活性炭纖維進(jìn)行脫附的必備物質(zhì)之一，有研究發(fā)現(xiàn)如果二氧化硫被水催化后，再經(jīng)過活性炭纖維，就不需要進(jìn)行更換，可以完成活性炭纖維的自行再生，同時(shí)對(duì)二氧化硫的去除能力將會(huì)得到更加顯著的提高，目前甲醛、苯類，VOC等是室內(nèi)裝修過程中生成的主要有害氣體之一，在去除這種物質(zhì)時(shí)，需要保證室內(nèi)的一定濕度，然后再使用空氣過濾設(shè)備。

3 活性炭纖維對(duì)大氣污染中多種物質(zhì)的去除應(yīng)用

（1）活性炭纖維能吸附分離氮氧化物。氮氧化物是大氣污染常見的物質(zhì)，該污染物具有可凝性，尤其是在常溫環(huán)境下，會(huì)使得二氧化氮、一氧化氮可凝性增強(qiáng)，還具備高沸點(diǎn)以及二聚作用，這些特性使得活性炭纖維很難被吸附，在使用時(shí)，要對(duì)氮氧化合物進(jìn)行處理，分離氮氧化合物，對(duì)活性炭進(jìn)行微調(diào)整，改變微孔距離，保障吸附效果，另外，硫化氫大氣污染處理也類似。硫化氫具有毒性，氣味較為刺激，在進(jìn)行處理時(shí)要做好準(zhǔn)備工作。對(duì)活性碳纖維進(jìn)行預(yù)處理，使得活化水平更高，在特定的環(huán)境中發(fā)揮出作用。

（2）通過氟氧化物處理的活性炭纖維去除氨離子的效果十分有效，隨著表面處理時(shí)間的延長(zhǎng)，活性炭纖維的比表面積與微孔體積稍微有所減少。然而，氟氧化物處理的活性炭纖維使得活性炭纖維表面含氟和氧的極性官能團(tuán)如C-F、C-O、COOH等增加，從而提高了活性炭纖維對(duì)氨的去除率。

（3）活性炭纖維可以高度吸附苯廢氣。使用活性炭纖維可以提高對(duì)苯廢氣的吸附率和活性炭纖維自身的再生。當(dāng)活性炭纖維吸附后苯廢氣后，就可以與氣體中的水蒸氣進(jìn)行反映，并且效果良好。同時(shí)在活性炭纖維過濾苯廢氣后可以直接通過過濾塵粒的同時(shí)吸附氣體苯，結(jié)果表明，50%活性炭纖維對(duì)甲苯廢氣有良好的吸附性能，并且對(duì)廢氣中的塵粒有較好的過濾效果。

綜上所述，活性炭纖維憑借其良好的吸附作用已經(jīng)在很多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，小到家庭冰箱去味，大到治理大氣污染，目前我國(guó)活性炭纖維技術(shù)十分成熟，已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并且在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用，但因?yàn)榇髿馕廴镜目刂菩允掷щy，所以我們需要對(duì)活性炭纖維進(jìn)行技術(shù)上的改進(jìn)，新型的活性炭纖維已經(jīng)從纖維的種類、來源、活化機(jī)制等方面進(jìn)行提高，并且提高了活性炭纖維的使用次數(shù)、活化機(jī)制、吸附效率等，隨著活性炭纖維技術(shù)的研究，我國(guó)在大氣治理方面將會(huì)得到更大的提高，使我們的天空更加的藍(lán)，空氣更加新鮮。

[1]董德榮.抑菌處理中的應(yīng)用[J]中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院：生物醫(yī)學(xué)工程，2013.

[2]張凡，馬曉軍.紡絲工藝對(duì)木質(zhì)活性炭纖維亞甲基藍(lán)吸附性能的影響[C].第五屆全國(guó)生物質(zhì)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì).2013.

TB321

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1004-7344（2016）28-0321-01

2016-9-20