一种用于船舶修造的可移动吸脱一体式VOCs处理设备

本实用新型属于船舶修造加工设备技术领域,尤其涉及一种用于船舶修造的可移动吸脱一体式VOCs处理设备,包括:主体,主体由过滤系统,吸附系统和脱附系统组成.该种处理设备可移动至船舶修造现场任意位置,通过高度集成的过滤系统,吸附系统与脱附系统协同作业,实现了从废气的初步处理到深度净化,再到吸附材料的高效再生利用的完整过程;高性能的蜂窝状活性炭吸附床,不仅提升了吸附效率,还能承受高强度气流和恶劣工况;以及配备热管理与安全防护系统,让吸附与脱附过程更加的安全可靠,通过如上工序,从传统的"喷漆作业点固定,环保设备固定"的集中收集模式,转变为适合修造船的"喷漆作业点移动,环保设备移动"移动式处理模式.

挥发性有机物用活性炭改性及其应用研究

挥发性有机物(VOCs)是大气污染物的重要组成部分,是雾霾颗粒物(PM2.5,PM10)的重要来源.它种类繁多,成分复杂,不但能破坏生态环境,还会危害人体健康.活性炭作为环境友好型吸附材料,被广泛用于VOCs的回收工业中,通过回收高浓度,高价值的VOCs,不但能保护大气环境,还能为企业创造明显经济效益.但目前市售VOCs回收用活性炭存在吸附容量低,脱附残存率高,强度差和着火点低等问题,制约着活性炭使用效果和寿命.因此开展VOCs回收用活性炭的改性研究,开发高性能VOCs回收用活性炭,对促进环境保护和活性炭行业的发展有较大的意义和价值.本论文采用高温重整,CO_2二次活化和表面包覆3种方法对VOCs回收用活性炭的强度,孔结构和着火点等进行调控,并开展了改性活性炭吸附丁酮的动力学研究.论文主要研究内容和结果如下:1.高温重整调控木质成型活性炭性能的研究以市售磷酸法木质成型活性炭为原料,研究了高温重整处理对活性炭性能的影响.考察了不同升温/降温方式,重整温度和重整时间对活性炭强度的影响,研究结果表明,快速升温至800℃重整活性炭30~75 min后快速降温的方式可有效提高活性炭的强度,强度提高5.75%~6.39%,得率保持在83.54%以上.对经800℃重整30和60 min后的活性炭的孔结构,吸附性能进行了研究,结果表明活性炭的比表面积和总孔容积分别下降约400 m2/g和0.2 m3/g,孔径分布在1.2 nm以下的微孔所占比例增加;对亚甲基蓝的吸附性能略有下降,对碘的吸附性能略有提高,丁烷的吸附性能下降15%以内.经高温重整后,活性炭的着火点显著提高,800℃重整60 min后,着火点提高100℃以上,这主要与高温重整后活性炭表面含氧官能团显著减少有关.高温重整使活性炭体积收缩,石墨化程度提高,从而提高了活性炭的强度.2.二次活化调控高温重整活性炭性能研究为解决高温重整后活性炭吸附性能下降这一问题,论文在高温重整活性炭实验结论的基础上,研究了CO_2二次活化对活性炭吸附性能的影响.经CO_2二次活化30 min后,活性炭的强度降低小于0.5%,而丁烷工作容量基本恢复到高温重整前的水平,对亚甲基蓝的吸附力略有下降,对碘的吸附力明显提高,结果表明CO_2二次活化使活性炭生成更发达的微孔结构,能有效提高经高温重整后活性炭的吸附性能.CO_2二次活化后,活性炭表面含氧官能团的数量有所增加,导致活性炭的着火点有所下降.考虑到CO_2二次活化时间过长会降低活性炭的强度,着火点和得率,活化时间应小于30 min.3.乙基纤维素包覆成型活性炭的制备及其性能研究乙基纤维素(EC)是一种热塑性,低可燃性的纤维素烷基醚.它制成的薄膜透气性强,有较高的机械强度和柔韧性,广泛用于固体制剂的薄膜包衣和气体分离膜.论文以EC为包覆材料,无水乙醇为溶剂,在50℃溶解制成包膜液.将制备好的包膜液均匀的喷涂在成型活性炭的表面,经热处理后,制备出了包覆EC的活性炭产品.考察了包膜液的浓度,喷涂体积及热处理温度对包覆活性炭强度和吸附性能的影响.结果发现,当膜液浓度为2.50%~4.50%(质量分数),喷涂体积与活性炭质量比为0.67 m L/g,热处理温度为110~140℃时,包覆后成型活性炭的强度显著提高.在此条件下制备的活性炭产品强度提高7%以上,丁烷工作容量下降10%以内,在活性炭表面形成了一层3~4μm厚的薄膜.包覆后的活性炭孔结构保持不变,水接触角接近90°,表面疏水性能显著增强,有利于其在水分含量较高的环境中使用.4.改性活性炭吸附丁酮的动力学研究研究了经高温重整和二次活化改性后的活性炭对丁酮的吸附动力学.在水浴温度分别为20,30,40,50℃,载气(N2)流量为400 mL/min,丁酮蒸汽浓度为0.314 g/L的条件下,研究了活性炭对丁酮的吸附量随时间的关系,发现改性后的活性炭吸附丁酮是放热反应,饱和吸附量随吸附温度的升高而降低.采用准一级,准二级,Elovich,Bangham这4种动力学模型对活性炭吸附丁酮的行为进行动力学拟合,发现活性炭对丁酮的吸附过程与Bangham动力学方程拟合度最高,拟合得到的qe与实验所得qe十分接近,相关系数R~2达到0.99以上.

工业废炭制备碳基环保功能材料及其甲苯吸附性能研究

进入二十一世纪,中国已经步入工业高速发展阶段,由石化,表面涂装等生产行业导致的环境污染日益严重,尤其是大气中的VOCs含量持续上升,这一严峻形势已成为我国大气治理的首要解决问题.由于我国煤炭资源的过度开采和利用,大量的煤化工产品使用后以临时堆积的方式处理,造成了固废资源的堆积,不仅导致了土地资源的浪费,而且危固废会致使更严重的环境污染.因此本研究采用固废资源废弃活性炭为碳源,利用自主研发的活性炭制备技术,制备高性能多孔碳,去除典型的VOCs甲苯气体实现了"以废治废".主要的研究成果论如下: (1)通过介孔-大孔重构,催化石墨化等技术制备了再生活性炭,相较于原始废弃活性炭,再生后的活性炭比表面积和孔径结构分别提升至了767m2/g和0.68mL/g,物理结构提升了6倍.Raman结果表明,再生后的RAC缺陷度(ID/IG)从0.8提高至9.8,样品中存在的缺陷位点多,碳的无序程度更强.RAC动/静吸附测试表明,在25℃下,有着良好的甲苯吸附性能,其动态饱和吸附量达到了192.08mg/g,静态最大吸附容量达到了609mg/g. (2)通过对再生后的RAC进行无机酸改性,分别得到了硫酸改性后的RAC-S和磷酸改性后的RAC-P.两样品的孔结构相似(SBET=1156m2/g,Vtotal=1.04mL/g),RAC-S动态饱和吸附量较高,达到了460.92mg/g,而RAC-P却只有316.22mg/g.样品吸附性能的差异是由活性炭表面不同官能团所导致的,硫酸改性后的样品表面主要形成了C-S-C,而磷酸制备的RAC-P表面生成了更多氧化磷颗粒,颗粒的团聚导致了吸附点位的减少;通过理论计算表明石墨烯上掺杂S的吸附能为Ead=–21.51kcal/mol,比石墨烯上掺杂P(-17.38kcal/mol)的吸附能要强;硫酸活化提高了RAC表面的芳香性和活性炭表面的极性,进一步提高了吸附剂与甲苯之间的相互作用强度,导致RAC-S的甲苯吸附性能增强. (3)通过不同硫酸盐(硫酸铁,硫酸锌,硫酸锰)高温改性的RAC,比表面积仅提升了20%左右,而甲苯动态吸附量最高提升了80%左右,这表明表面负载的金属氧化物对活性炭吸附甲苯有着促进作用,活性炭表面π-π*色散力,碱性官能团C=O同样起着关键作用,对比不同金属氧化物发现,由于负载氧化铁后活性炭表面碱性与微孔含量的共同作用,导致的RAC-Fe对甲苯的吸附能力最强,其吸附过程中发生了多层吸附,同时具有较好的循环吸脱附性能. (4)通过强氧化剂高铁酸钾对活性炭进行改性处理,高铁酸钾处理后的样品其比表面积相较于再生活性炭RAC提升了1.4倍,对比甲苯动态吸附量可以发现,通过高铁酸钾5h处理后样品RAC-6%K2FeO4+H2SO4-5h的甲苯吸附量与仅通过硫酸处理后24h的样品RAC-H2SO4-24h相同.随着高铁酸钾的处理时间的延长,RAC等样品表面的π-π*色散力,碱性的官能团C=O(酸酐,酯和酚中的非羰基氧基团)都随之增加,缺陷程度增强,这些因素都导致RAC-6%K2FeO4+H2SO4-24h的甲苯吸附能力得到了显著提升;表面含氮官能团的含量与甲苯吸附量成正比,线性相关系数达到了99%,这表明高铁酸钾的处理优化了活性炭的表面结构,从而影响了吸附性能.

含氯挥发性有机物(Cl-VOCs)废气处理的研究进展

系统调研了Cl-VOCs废气处理的研究进展.分类介绍了Cl-VOCs废气的处理方法,如焚烧法,催化燃烧法,冷凝法,生物法,催化还原法,光化学氧化法,紫外光解法,吸收法和吸附法等;总结了不同吸附材料(活性炭,活性炭纤维,聚合物以及金属有机骨架材料)对Cl-VOCs废气的吸附性能;展望了吸附法在Cl-VOCs废气处理方面的发展前景以及研究高性能吸附材料的必要性.

多孔碳材料制备及甲苯吸附性能研究

废弃生物质为原料制备活性炭材料,应用于甲苯吸附消除处理,能实现废弃生物质的资源化和高值化利用,能有效缓解废弃生物质不当处理引发的环境问题,缓解活性炭制备原料对煤和石油副产品等不可再生资源的依赖问题;同时,能为空气中挥发性有机物(VOCs)消除提供高性能吸附材料,实现"以废治废"的目的.活性炭材料对VOCs具有一定的饱和吸附量,通过表面改性能提升其对VOCs的吸附性能,提高活性炭材料使用效率,使其具备更好的实际应用价值. 本文以废弃花椒枝丫为原料,H3PO4为活化剂,制备了生物质活性炭吸附剂.采用扫描电镜(SEM),N2吸附-脱附(BET),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman Spectra)技术,研究了所制备生物质活性炭吸附剂的物理化学性质,并考察了升温速率和活化温度对吸附剂甲苯吸脱附性能的影响.引入CuO物种对活性炭进行表面改性,研究了CuO的表面修饰对甲苯吸附性能的影响.主要获得以下结论: 1,活化温度能显著影响生物质活性炭吸附剂的结构特性和表面化学性质,吸附剂的甲苯吸附和可再生性能显著受其结构特性和表面官能团共同作用.较高的热脱附温度(150℃)才可破坏吸附剂表面含氧官能团的氧原子与甲苯芳香环P轨道电子间的强相互作用;而60℃的低温热处理就可破坏窄微孔对甲苯分子的强吸附力,以及吸附剂与甲苯分子间π-π共轭效应.当升温速率为10℃/min,活化时间为180min,活化温度为650℃时,BAC650吸附剂的介孔占比为65.5%,介孔占主导的微-介孔结构使其甲苯吸附性能优于文献所报道的其它活性炭材料,甲苯吸附量可达417.0mg/g,且60℃热脱附可实现再生,是一种极具应用前景的吸附剂. 2,调控制备生物质活性炭吸附剂的升温速率,可实现对吸附剂结构特性和表面化学性质的有效调控,其将直接决定吸附剂的甲苯吸附和再生性能.通过升温速率的调变,制得具有典型微-介孔结构的吸附剂,微-介孔结构独特的空间效应使其具有优异的甲苯吸附性能.同时,所制备的吸附剂具有优异的可再生性能,低温(≤150℃)热脱附甚至是常温(20℃)空气吹扫即可实现再生.当制备物质活性炭的活化温度为600℃,活化时间为180min,升温速率为10℃/min时,制得的BAC10吸附剂的甲苯吸附量可达360.0mg/g,显著高于文献所报道的其它吸附剂,并具有良好的可再生性能. 3,活性炭表面引入CuO物种能显著提升其甲苯吸附性能,CuO/AC吸附剂表面的CuO物种与甲苯分子结合形成π络合键,增加了活性炭表面的活性吸附位,从而增强了活性炭对甲苯分子的吸附性能;且CuO含量能显著影响CuO/AC吸附剂的甲苯吸附性能.CuO物种含量为0.3%的CuO/AC吸附剂显示出最佳的甲苯吸附性能,甲苯吸附量高达701.8mg/g(空白活性炭为406.1mg/g).同时,热脱附温度为200℃时,再生效率可达92.8%.