活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　施加電場以從氣流中分離顆粒通常被稱為靜電沉淀，這是從工業排放物中去除顆粒物的廣泛采用的技術。靜電除塵器(ESP)基于帶電粒子和集電板之間的庫侖吸引。這給出了工作原理：放電電極為粒子提供電荷，然后迫使它們通過電場。隨后，顆粒通過電場偏轉到收集電極。由于通過向ESP放電電極施加電勢差而形成電場，因此該電場的強度是ESP性能的關鍵因素。

　　吸附過程是從流體流中去除污染物的常規技術。許多吸附材料用于控制空氣污染。例如，活性炭具有長期還原臭氧，選定的揮發性有機化合物(VOC)和其他污染物的能力。在適當的介質上，吸附過程被認為對低濃度的污染物有效。然而，它們只是從氣相轉移到固相，而不是被破壞。

　　我們研究了通過使用活性炭和不同的載體材料來將這種工藝與光催化工藝耦合以除去氮氧化物(NOx)和揮發性有機化合物(VOCs)的可能性。這種新型混合工藝的可行性和效率。并展示了如何通過向活性炭施加電場來增強間歇式反應器中氣態揮發性有機化合物(VOC)的去除，以及這種增強是如何實現的。與VOC特性和電場強度有關。本次的研究是應用電吸附作用去除氣態污染物的綜合研究，并結合我們以前的實驗結構，對在此聯合過程中發生的相關現象進行了簡單的概述。

　　活性炭電吸附效應

　　電吸附效應包括向半導體氣體傳感器的敏感層施加外部電場，以改變其感應行為。當負電分子接近薄金屬導體的表面時，自由電子從固體表面被吸引。重要的是，如果處理具有較少可用位移電荷的半導體(例如活性炭)，則靜電吸引所涉及的層的厚度將較大，而電導率將較低。半導體電性能的這種變化是金屬氧化物(MOS)氣體傳感器的基本操作。如果將所述系統放置在電場之間，例如通過在兩個電極之間施加電壓來感應，該電場可能會迫使電子朝向(或遠離)(半)導體表面，從而降低(或增加)吸附某些氣態物種(圖1)。

　　圖1：電吸附過程、電吸附效果示意圖。

　　NO 2可以通過不同的機制吸附在活性炭表面：物理吸附，化學吸附和化學還原;但是，當NO 2吸附在碳質材料上時，就會釋放出大量的NO。一旦吸附劑已經用超純水浸出，就通過液相離子色譜法對吸附的物質進行分析和定量。在洗滌液中，發現了硝酸鹽和亞硝酸鹽。低濃度的臭氧可以被活性炭有效地去除，活性炭的臭氧化是一種修飾其表面官能團的技術。

　　電吸附增強活性炭去除VOC

　　未經處理和處理過的活性炭的SEM圖片如圖2所示�？梢杂^察到，在7 kV的電場下施加3小時后，活性炭的表面粗糙度與之前相似。

　　圖2：在不同放大倍數下施加7 kV 3小時之前(a–c)和之后(d–f)的活性炭的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。

　　活性炭關于電場附增強吸附測試設備，由一個樣品架組成，樣品架放置在一個33厘米×33厘米×12厘米的帶有硼硅酸鹽玻璃壁的盒子內(圖3)。風扇(位于偏轉板后面)引起平行的空氣通量到樣品。在細的(直徑為180 µm)鎢絲電極(放電電極)上施加正電勢，而相對電極(活性炭)通過兩端的兩個接地連接接地。

　　圖3：反應器示意圖。

　　如示于圖4一個外部電場到活性炭的應用提高了甲基乙基酮的去除。在電場測試中，在90分鐘后，關閉施加的電勢，并注意到甲基乙基酮濃度上升(圖4b)。對于水蒸氣濃度發現類似的行為。

　　圖4：(a)在不存在和存在電場的情況下，甲基乙基酮的濃度。(b)在先打開然后關閉電場的測試中，甲基乙基酮濃度。

　　可以觀察到，隨著施加電勢的增加，由于以下原因，不可能清楚地了解平衡(q e)處吸附的甲基乙基酮量的差異以及分配系數(PC)的變化。按照實驗可變性的順序，增加的實體為幾個單位百分比。然而，如圖4b所示，當關閉電場時，這種差異是可觀的，并且對應于PC值提高了3.3%，這意味著吸附親和力和吸附能力得到了提高。結合略微增加的吸附容量，可以發現傳質系數的極大提高(K)，在電場下將樣品加倍。甲基乙基酮吸附物在平衡量，如果它被認為是在本復合體中的活性炭量為約44%。

　　在這次研究中，非均勻電場已應用于吸附材料，以研究與目標氣態污染物相比增強的吸附能力。在組合過程中可能發生的所有已考慮現象中，相互作用已分為三類：電場/吸附性，電場/吸附性和電場/吸附性。在我們以前的工作中已經對第一組進行了評估，得出結論，取決于VOC特性，電場對吸附動力學有積極影響。結果表明，活性炭也受到電場的影響，特別是受到電暈區域產生的活性物質的影響。此外，離子風在吸附劑向活性炭活性部位的大量傳輸中起著重要作用，導致吸附的氣體量增加。在這方面突出顯示圖4b，一旦電場消失，就有可能認識到過程的可逆性和瞬時性。

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