專利名稱：一種活性碳纖維原位再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活性碳纖維的再生方法，特別是用于處理氣態(tài)污染物的 活性碳纖維再生。
背景技術(shù)：
活性碳纖維是一種較新型的高效吸附劑。它是用超細的活性炭微粒與各 種纖維素、人造絲、紙漿等混合制成的各種形態(tài)的纖維活性炭。微孔范圍在
0.5-1.4|im，比表面積大。對各種無機和有機氣體、水溶液中的有機物、重金 屬離子等具有較大的吸附量和較快的吸附速率，其吸附能力比一般的活性炭 高1-10倍，特別是對一些惡臭物質(zhì)的吸附量比顆?；钚蕴恳叱?0倍左右。 目前主要用于氣相吸附，是具有重要商業(yè)價值的吸附劑。
活性碳纖維吸附飽和后需再生循環(huán)使用?，F(xiàn)有的再生方法主要包括加熱 再生、減壓再生、吹掃再生、置換再生和溶劑萃取再生等。加熱再生法是指 將吸附飽和的吸附劑加熱，隨著吸附劑溫度升高，分子運動加快，平衡吸附 量減少，大部分吸附質(zhì)就從吸附劑上脫附出來的方法。加熱介質(zhì)多為水蒸氣， 也可為熱空氣。加熱再生多用于非極性吸附劑的脫附，如活性炭吸附凈化有 機溶劑蒸氣后，既可采用此種方式脫附，并可回收有機溶劑。減壓再生法是 指減低飽和吸附劑周圍氣體的壓力，使吸附質(zhì)從吸附劑上脫附出來的方法。 減壓再生適合于變壓吸附操作且平衡吸附量隨吸附質(zhì)分壓為線性關(guān)系的場 合。該方法需變壓操作，且動力消耗大，因而在氣態(tài)污染物的吸附凈化中采 用較少。吹掃再生是指用不被吸附的氣體(惰性氣體)吹掃飽和吸附劑床層， 并將脫附出來的吸附質(zhì)帶走的再生方法。這種再生方法脫附程度差，且吹掃 氣體中吸附質(zhì)濃度較低，回收困難。因此，該方法一般不單獨使用。置換再 生是指選擇合適的氣體(脫附劑)，將吸附質(zhì)置換與吹脫出來的方法。這種方 法需加一道工序，即脫附劑的再脫附，以使吸附劑恢復(fù)吸附能力。該法適用 于對溫度敏感的物質(zhì)。溶劑萃取再生是指選擇合適的溶劑，使吸附質(zhì)在該溶 劑中的溶解性能遠大于吸附劑對吸附質(zhì)的吸附作用，將吸附物溶解下來的方法。
以上再生方法均不同程度地存在著以下幾點不足(1)再生過程中炭損 失往往較大；(2)再生后活性炭纖維吸附能力會有所下降；(3)再生時產(chǎn)生 的尾氣如果處理不當(dāng)會造成二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上再生方法的不足，本發(fā)明提供一種等離子體原位再生方法，該 方法再生效率高，炭損失量低，無二次污染。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。首先在吸附裝置內(nèi)設(shè)置 電暈電極和接地電極，并使活性炭纖維置于電暈電極和接地電極之間；然后 將電暈電極與交流電源相連，電暈電極和接地電極之間的電場使吸附裝置內(nèi) 產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹 脫下來；達到預(yù)先設(shè)定的再生時間后，將電暈電極與交流電源斷開，再生結(jié) 束。
所述的交流電源的頻率為100~200 Hz，電暈電極與接地電極之間的電場 強度為5~7.5 kV/cm，再生時間為2~5 min。
本發(fā)明是利用低頻交流電源在吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩 和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹脫下來，同時等離子體釋放的 熱量為吸附質(zhì)脫附提供脫附熱。脫附后的氣態(tài)污染物分子與放電產(chǎn)生的高能 電子、核電粒子、自由基以及臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終被降解為無害氣體排 出，不產(chǎn)生二次污染。再生后的活性碳纖維保持了原有活性，可再次投入使 用。
本發(fā)明采用低溫等離子體活性碳纖維原位再生方法，是因為等離子體具 有以下特點
1) 等離子體振蕩作用。如果在等離子體的某一局部區(qū)域里瞬間出現(xiàn)了正 或負的空間電荷，那么這些電荷將開始振蕩。等離子體振蕩是由等離子體中 粒子群的相互作用形成的有組織的集體運動。吸附在活性碳纖維上的氣態(tài)污 染物分子會在等離子體振蕩的作用下，從微孔中振出，實現(xiàn)脫附。
2) 電風(fēng)作用。在外加電場強度特別高的情況下，空氣發(fā)生電離。由于同種電荷互相排斥，導(dǎo)體上的靜電荷總是分布在表面上，而且一般來說分布是 不均勻的，這使得空氣中殘存的少量離子發(fā)生加速運動。這些被加速的離子 與空氣分子相碰撞后，使更多的空氣分子電離，形成電子雪崩。高速運動的 電子與核電粒子會使其周圍的空氣發(fā)生氣流擾動，進而形成電風(fēng)，電風(fēng)可將 部分吸附在活性碳纖維上的氣態(tài)污染物分子吹脫出來，實現(xiàn)脫附。
3) 等離子體放熱作用。按等離子體的熱力學(xué)平衡狀態(tài)，等離子體可分為 完全熱力學(xué)平衡等離子體、局部熱力學(xué)平衡等離子體和非熱力學(xué)平衡等離子 體。非熱力學(xué)平衡等離子體也稱冷等離子體或低溫等離子體，此類等離子體
內(nèi)部電子溫度很高，可達上萬開爾文，而離子及氣體溫度保持在300~500K， 從而形成熱力學(xué)上的非平衡性。本發(fā)明采用的是低溫等離子體技術(shù)，但即使 是低溫意義下的等離子體，當(dāng)放電時間足夠長時，仍然能使電場中達到 450 500K的較高溫度，從而為脫附提供充足的脫附熱。
4) 等離子體降解作用。等離子體具有降解污染物分子的作用，其機理如 下其一，由電場產(chǎn)生的電子直接和污染物分子碰撞，從而使污染物分子電 離、解離和激發(fā)；其二，各種活性基團和污染物分子之間發(fā)生化學(xué)作用，這 些活性基團主要包括OH、 H02和O原子，它們和污染物分子之間發(fā)生一系列 的化學(xué)反應(yīng)，形成C02和H20等對環(huán)境無害的物質(zhì)。
本發(fā)明低溫等離子體活性碳纖維原位再生方法與現(xiàn)有方法比較具有以下 顯著進步-
1) 再生效率高。在電場場強5-7.5kV/cm，放電頻率100-250Hz的范圍內(nèi)， 再生效率達99.5%以上；
2) 活性碳纖維再生炭損失量低。在最佳運行參數(shù)下，再生炭損失低于
0.2%;
3) 再生后吸附活性不降低。實驗證明，經(jīng)本方法多次再生后的活性碳纖 維可保持原有吸附活性；
4) 污染物原位降解，不需附加脫附氣體處理裝置，工藝簡單，操作方便， 不產(chǎn)生二次污染。


圖1是本發(fā)明中電源頻率對活性炭纖維再生效果的影響
圖2是本發(fā)明中電場強度對活性炭纖維再生效果的影響 圖3是本發(fā)明中再生時間對活性炭纖維再生效果的影響 圖4是本發(fā)明的再生裝置結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明-
吸附裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括殼體15、頂蓋8、由多孔外筒7 和多孔內(nèi)筒5圍成的環(huán)形吸附劑筒、設(shè)置在環(huán)形吸附劑筒內(nèi)的活性碳纖維6。 頂蓋8與殼體15通過法蘭相連接，吸附劑筒設(shè)置在殼體15內(nèi)，活性炭纖維6 設(shè)置在吸附劑筒內(nèi)。
首先在吸附裝置內(nèi)設(shè)置電暈電極和接地電極，并將活性炭纖維置于電暈 電極和接地電極之間，具體為將殼體15和頂蓋8處的連接法蘭打開，將電 暈電極12設(shè)置在吸附劑筒的中軸線上，接地電極13固定在殼體15的內(nèi)壁上， 絕緣內(nèi)襯14置于接地電極13和殼體15之間。
然后將電暈電極與交流電源9相連，電暈電極和接地電極之間的電場使 吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維 上振脫或吹脫下來。達到預(yù)先設(shè)定的再生時間后，將電暈電極與交流電源斷 開，再生結(jié)束。
交流電源的頻率為100-200 Hz (赫茲)，電暈電極與接地電極之間的電場 強度為5~7.5 kV/cm (千伏/厘米)，再生時間為2 5min (分鐘)。 按照上述方法，作了如下實驗
等離子體由低頻交流電源通過電暈放電發(fā)生，電源頻率在50~500Hz范圍 內(nèi)連續(xù)可調(diào)，電場強度通過電源電壓控制在4 8kV/cm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。實施 例中采用等離子體技術(shù)對吸附硫化氫的活性炭纖維進行再生，改變放電頻率、 電場強度和再生時間，以取得最佳再生效果的工藝參數(shù)。圖1為電源頻率對 活性炭纖維再生效果的影響，電場強度為7.5kV/cm,再生時間為2min，電源 頻率分別為50Hz、 100 Hz、 150 Hz、 200 Hz和250Hz。隨著頻率的增加活性 炭纖維脫附率和炭損失率均增加。當(dāng)頻率為50Hz時，脫附率僅為63.5%,炭
6損失率為0.1%。當(dāng)頻率為100Hz時，脫附率為99.5°/。，炭損失率為0.3%。當(dāng) 頻率提高到250Hz時，脫附率增長很小，而炭損失率卻增加到了2.7%。由此 可見電源頻率控制在100Hz-200Hz范圍內(nèi)比較合理。圖2為電場強度對活性 炭纖維再生效果的影響，頻率固定在150Hz，再生時間為3min，場強分別為 4kV/cm、 5 kV/cm和7.5 kV/cm。隨著場強的增加活性炭纖維脫附率和炭損失 率均增加。當(dāng)場強為4kV/cm時，脫附率僅為46%，炭損失率為0.06%。當(dāng)場 強為5kV/cm時，脫附率提高到99.5%，炭損失率為0.15%。當(dāng)場強達到7.5 kV/cm時，脫附率保持不變，仍為99.5%，炭損失率也處于較低水平，僅增至 0.9%。由此可見電場強度控制在5 kV/cm 7.5kV/cm范圍內(nèi)比較合理。圖3 為再生時間對活性炭纖維再生效果的影響，頻率為150Hz，場強為5kV，再生 時間分別為lmin、 2min、 3min禾卩5min。隨著再生時間的增加活性炭纖維脫 附率和炭損失率均增加。當(dāng)再生時間為lmin時，脫附率為88%，炭損失率為 0.05%。當(dāng)再生時間為2min時，脫附率提高到99%，炭損失率為0.15%。當(dāng) 再生時間為5min時，脫附率為99.5%，炭損失率為0.5%。由此可見再生時間 控制在2min-5min范圍內(nèi)比較合理。
上述低頻交流電源通過電暈放電所形成的等離子體是一種低溫非平衡態(tài) 等離子體，其對脫附出來的氣態(tài)污染物(如VOCs和惡臭氣體等)具有很好 的分解效果，不產(chǎn)生二次污染，能夠真正實現(xiàn)活性炭纖維的原位再生。
權(quán)利要求
1、一種活性炭纖維原位再生方法，其特征在于首先在吸附裝置內(nèi)設(shè)置電暈電極和接地電極，并使活性炭纖維置于電暈電極和接地電極之間；然后將電暈電極與交流電源相連，電暈電極和接地電極之間的電場使吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性炭纖維上振脫或吹脫下來，脫附下的氣態(tài)污染物進而被分解為無害氣體；達到再生時間后，將電暈電極與交流電源斷開，再生結(jié)束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活性炭纖維原位再生方法，其特征在于所述 的交流電源的頻率為100 200Hz，電暈電極與接地電極之間的電場強度為 5~7.5 kV/cm，再生時間為2~5 min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活性碳纖維的再生方法，特別是用于處理氣態(tài)污染物的活性碳纖維再生。具體是利用低頻交流電源在吸附裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體。等離子體振蕩和電風(fēng)作用將吸附質(zhì)從活性碳纖維上振脫或吹脫下來，同時等離子體釋放的熱量為吸附質(zhì)脫附提供脫附熱。脫附后的氣態(tài)污染物分子與放電產(chǎn)生的高能電子、核電粒子、自由基以及臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終被降解為無害氣體排出，不產(chǎn)生二次污染。再生后的活性碳纖維保持了原有活性，可再次投入使用。本發(fā)明具有再生效率高、再生時炭損失量低以及再生后吸附活性不降低等特點。
文檔編號B01J20/30GK101549283SQ20091008295
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者何麗娟, 方宏萍, 堅 李, 李晶欣, 梁文俊, 濤 竹, 金毓峑 申請人:北京工業(yè)大學(xué)