不同多孔材料对VOCs的吸附:种类、机理.docx
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1、不同多孔材料对VOCs的吸附:种类、机理.介绍VOCs直译为挥发性有机化合物,具有沸点低的特征。主要国际组织对VOCs进行 了各种定义。美国环境保护署(USEPA)提出,VOCs是除CO、CO2、H2cO3、金属碳化 物、金属碳酸盐和碳酸钱外,参加大气光化学反应的碳化合物。世界卫生组织(WHO) 认为VOCs是一种饱和蒸气压超过133. 322Pa,常压下沸点在50260的有机化 合物。挥发性有机化合物作为臭氧、光化学污染物和二次有机气溶胶的重要前体,对生 态环境和人类健康造成严重危害。发达国家已经提出了严格的法规来控制VOCs, 针对VOCs减排的后处理技术已经有了大量的发展,可分为销毁技术
2、和回收技术。 吸附法因其成本低效益高、操作灵活、能耗低等特点,被认为是最有前途的VOCs 处理技术之一。简单介绍多种多孔材料(如碳基材料、含氧材料、有机聚合物、 复合材料等)吸附VOCs的影响因素和吸附作用机理。1 .吸附VOCs的多孔材料. 1碳基材料2 . 1. 1活性炭活性炭(AC)具有较大的比表面积(600IMCW/g)、良好的孔结构(0. 5-1. 4cm7g) 和较高的VOCs吸附能力(10600mg/g),被认为是一种多功能吸附剂。活性炭在 废水处理、土壤修复和空气净化等方面的应用得到了广泛的研究,尤其是在VOCs 的处理方面。活性炭对VOCs的吸附性能受吸附条件、吸附剂理化性质
3、的影响。 活性炭较大的比表面积和孔径能增加VOCs的吸附量。特别是活性炭表面的化学 官能团也是某些VOCs吸附的关键因素。2. 1. 2生物炭生物炭由于丰富的原料和高效低成本,被认为是商用活性炭的潜在替代品 (Aguayo-Villarrealetal. , 2017) o生物炭的特性在很大程度上取决于原料和生 产条件。一般情况下,木质素含量和矿物含量高的原料易于产生高产量的生物炭。 未处理生物炭的孔隙结构不发达,限制了其对VOCs的吸附能力。通过物理改性 或化学改性可以大大改善生物炭的理化性质。生物炭因其原料丰富、成本低、能 耗低而被认为是一种潜在的商用活性炭替代品。与活性炭类似,生物炭也有
4、易燃 性、堵塞毛孔和吸湿性的缺点。2.1. 3活性炭纤维活性炭纤维(Activatedcarbonf iber, ACF)是在20世纪60年代发展起来的一种 微丝排列形式。由于原料成本高、纤维纺纱和织造成本高、工艺处理后重量耗损 严重,市面上的ACF非常昂贵。ACF的微孔结构优于AC,但ACF表面的化学官能 团含量较少。这使得ACF具有疏水性,有利于吸附非极性或弱极性的VOCs。由 于ACF制备的高成本,ACF在实际工业中的应用有限。2. 1. 4石墨烯二维(2D)结构的石墨烯由碳原子六边形排列的薄片组成,石墨烯具有优良的导电 性,超高的理论比表面积和强大的机械强度。由于其突出的物理化学特性,
5、石墨 烯在电子领域、生物医学和环境处理等方面有广泛应用。石墨烯典型衍生物有氧 化石墨烯(G0)和还原氧化石墨烯(rGO) o由于还原氧化石墨烯含有大量的氧基, 具有较强的疏水性,有利于吸附非极性或弱极性的VOCso石墨烯的应用缺点是 合成相对复杂,聚集问题严重。2. 1. 5碳纳米管 碳纳米管(CNT)由石墨烯薄片组成,是一种新型纳米材料,具有独特的导电性、 旋光性和机械强度等特点。止匕外,碳纳米管具有较大的比表面积、天然疏水性和 较强的热稳定性,然而,利用碳纳米管做吸附剂吸附VOC还比较少见。2. 2含氧材料2. 2. 1沸石沸石分子筛具有疏水性好、比表面积大(250-800nT7g)、孔隙
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