论文摘要
在现阶段我国VOCs污染越来越严重的情况下,如何在较短的时间内研究出一种相对快速、高效、实用的VOCs控制技术显得尤其必要。本课题开展了微波解吸载甲苯活性炭的研究,并在研究最后采用催化燃烧法对解吸气体进行处理。利用微波在加热过程中快速、高效、均匀的特点,提高解吸率和解吸速率;同时将解吸气体通过催化燃烧进行进一步净化,将VOCs转变成CO2和H2O,从而达到完全净化的目的。实验采用甲苯作为目标污染物,利用椰壳基颗粒活性炭作为吸附剂首先进行了活性炭吸附甲苯的研究工作。结果表明,活性炭对甲苯的静态饱和吸附容量为238 mg/g左右,30℃时动态饱和吸附容量在195 mg/g左右。吸附等温线为Langmuir型等温线。本研究进行了微波辐照活性炭升温行为的实验。结果表明,微波辐照下活性炭升温迅速,不同功率均存在相应的最高温度,达到最高温度后温度基本不再变化。活性炭床层厚度提高,升温速率及最高温度均下降。载气线速较小时活性炭升温受影响较小,当载气量明显加大时,升温速率下降明显。本研究的重点是载甲苯活性炭的微波辐照解吸研究。研究表明,400℃是一个比较合适的解吸温度;综合考虑能耗、氮气消耗等因素,载气线速7.3 cm/s是最优选择;活性炭床层厚度越大,解吸的能耗越大,所需的时间也越长;相同条件下,不同甲苯吸附量的活性炭解吸时间基本相当;活性炭床层厚度2cm,解吸温度400℃,载气线速7.3 cm/s时,一般40 min左右可以达到90%以上的解吸率。实验中发现在解吸过程中存在微波对活性炭的改性作用,并对此进行了专题研究。结果表明,微波改性有助于提高活性炭对甲苯的吸附能力,温度越高性能提高越明显;分析认为在微波和氮气作用下,活性炭孔道结构和表面官能团的变化是改性活性炭对甲苯吸附容量增加的主要原因。同时,微波加热均匀、整体式加热的特点使得微波改性活性炭与传统热改性活性炭相比具有吸附容量大,孔道更发达等优势。实验提出了两种新的解吸工艺:程序升温微波解吸和流化床微波解吸。结果表明,程序升温微波解吸可以明显提高能量利用率。在解吸温度300℃,载气线速73.4 cm/s条件下,流化床解吸一般在7 min就可以达到90%的解吸率;由于解吸温度较低,该法采用空气作为载气可以节约高纯氮气,同时能耗还低于固定床大流量载气的情况。在流化床解吸过程中出现了活性炭表面的弧光放电现象,这有利于直接将甲苯分解掉,也会使活性炭发生烧灼损失,但对实验结果的分析表明,这两种作用都不明显。利用BP神经网络模拟这一新方法对微波解吸进行了程序模拟,对实测值和预测值进行了对比并进行了误差分析,证明该方法具有较高的应用价值。论文对微波解吸过程进行了理论分析,提出了微波解吸过程的“三阶段”观点,并从解吸驱动力和解吸阻力两方面对微波解吸过程进行了理论分析。研究最后阶段将微波解吸与催化燃烧这两种方法联合起来。结果表明,CuMnOx/γ-Al2O3具有较高的甲苯催化活性。通过微波解吸—催化燃烧实验,认为在解吸气体中加入空气来提供氧气的方法是可行的。载气与空气的体积流量比在1/1左右并采用400℃解吸是比较理想的方法。整个运行过程中总体的净化效率都维持在90%以上,其中大部分时间达到95%以上。