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活性炭對氣流中去除甲乙酮的性能提升

　　空氣排放指標(biāo)越來越嚴(yán)格和需要潔凈的空氣推動了廢氣凈化領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。工業(yè)過程和溶劑使用造成的空氣污染屬于對環(huán)境有害的排放的重要來源，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)是空氣污染的主要成分。目前從氣流中去除VOC的技術(shù)例如，已經(jīng)在使用的過濾、洗滌、冷凝、熱和催化氧化以及活性炭吸附。本次研究的是在室溫和大氣壓力下在空氣中運(yùn)行的非熱等離子體與活性炭過濾器相結(jié)合，可以比單獨使用每種方法更好地去除氣流中的VOC，后面我們來進(jìn)行測試驗證。

　　吸附實驗裝置和程序

　　所有測量中使用的實驗裝置如圖1所示。非熱等離子體是由介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的。選擇介質(zhì)阻擋放電是因為它具有良好的適用性和可擴(kuò)展性。它是通過堆疊式等離子體反應(yīng)器與活性炭過濾器組合實現(xiàn)的。反應(yīng)器由一個帶有四個電極的外殼組成，由介電板和金云母制成的墊片隔開。電極交替連接到高壓和地。高壓由可編程放大器和定制高壓變壓器來進(jìn)行。使用數(shù)字示波器通過高壓探頭和10:1分壓器記錄電氣數(shù)據(jù)，以測量測量電容器上的電壓降。通過將此電壓降與電容器的電容相乘，計算轉(zhuǎn)移到等離子體中的電荷。

　　圖1:(a)實驗裝置(b)等離子體反應(yīng)器的示意圖。

　　對于實驗，工藝氣體流過旁路直到濃度穩(wěn)定。然后，氣體被引導(dǎo)通過實驗裝置，因此，或者通過等離子體反應(yīng)器，或者通過具有下游活性炭過濾器的等離子體反應(yīng)器。在濃度再次達(dá)到穩(wěn)定值后，打開和關(guān)閉，每次5分鐘。重復(fù)該過程直到獲得可重現(xiàn)的結(jié)果。

　　用非熱等離子體和活性炭去除甲乙酮

　　根據(jù)關(guān)于非熱等離子體與活性炭的一些組合的結(jié)果的建議，就兩種方法的組合而言，組合的結(jié)果示于圖2中。陰影條顯示在使用干燥或潮濕空氣的操作中去除甲乙酮，重疊的白色條描述各自的能量產(chǎn)量。在干燥條件下，活性炭單獨提供了與非熱等離子體結(jié)果相似的去除效率。單獨的去除效果加起來幾乎完全消除了甲乙酮，尤其是對于潮濕空氣。相反，沒有觀察到顯著的協(xié)同作用?？傮w而言，調(diào)查確定了通過非熱等離子體與相當(dāng)邊緣的活性炭過濾相結(jié)合，顯著降低空氣流中VOC處理費用的可能性。

　　圖2：在干燥和潮濕條件下，單獨使用等離子體、活性炭和使用活性炭的等離子體對甲乙酮的去除(彩色條)和能量產(chǎn)率(白色條)。

　　活性炭過濾器的另一個優(yōu)點是從氣流中去除工藝副產(chǎn)品。這尤其適用于從等離子體中去除臭氧和一氧化二氮。臭氧的消除效果(干濕空氣分別為35%和48%)比一氧化二氮(干空氣和濕空氣分別為10%和11%)要好得多。這可以通過對一氧化二氮的吸附能力來解釋，一氧化二氮是所研究的物種中比較小的。N2O的分子量，尤其是極化率小于O3和甲乙酮的分子量，并且活性炭的吸附能力隨著這些各自的特性而增加。

　　濕條件下的去除效率通常高于干條件。這也特別適用于僅通過活性炭進(jìn)行的過濾。在接近50%的相對濕度之前，活性炭對VOC的吸附能力與空氣中的水濃度相當(dāng)無關(guān)。在較高的值下，活性炭吸附的VOC較少。然而，我們的結(jié)果表明，對于從干燥空氣到僅16%的相對濕度的變化，去除甲乙酮已經(jīng)依賴于濕度。由于在實驗期間等離子體實際上是打開和關(guān)閉以比較有和沒有非熱等離子體操作的結(jié)果，已經(jīng)提供給活性炭的反應(yīng)性物質(zhì)可能仍然存在于活性炭中，并促進(jìn)顆粒表面的化學(xué)反應(yīng)，甚至幾分鐘等離子關(guān)閉后。由于在干燥空氣的操作中未觀察到該效應(yīng)，可能涉及氫物質(zhì)，例如過氧化氫，或由羥基自由基引發(fā)的反應(yīng)。

　　活性炭如何提高非熱等離子體從氣流中去除甲乙酮的性能，離子體工藝轉(zhuǎn)化了相當(dāng)一部分甲乙酮，活性炭過濾器吸附另一部分甲乙酮。這些技術(shù)的組合增加了甲乙酮的去除效果，這與單獨技術(shù)的去除率相關(guān)?；钚蕴坎粌H可以去除等離子體過程的反應(yīng)產(chǎn)物，還可以去除目標(biāo)化合物。非熱等離子體和活性炭技術(shù)的結(jié)合融合了單獨技術(shù)的優(yōu)點，以減輕它們各自的缺點，從而為處理受污染氣流的經(jīng)濟(jì)性、易于使用和穩(wěn)定的過程提供了一種策略。