挥发性有机物（课堂PPT）

1、1挥发性有机物的吸收和吸附挥发性有机物的吸收和吸附2定义定义挥发性有机化合物挥发性有机化合物 VOCs VOCs （Volatile Volatile Organic Compounds)Organic Compounds)是一类有机化合物是一类有机化合物的统称，通常是指在室温下饱和蒸气压的统称，通常是指在室温下饱和蒸气压大于大于133.132kPa133.132kPa、常压下沸点、常压下沸点50-26050-260以内的有机化合物，包括烃类、卤代烃、以内的有机化合物，包括烃类、卤代烃、芳香烃、多环芳香烃等芳香烃、多环芳香烃等。3419901990年美国清洁空气法年美国清洁空气法(CAA)(C

2、AA)中规定中规定了了188188种有毒有害气体污染物种有毒有害气体污染物(HAP)(HAP)，包括包括166166种有机物种有机物；19961996年美国年美国EPA“EPA“国家大气毒性评估国家大气毒性评估” (NATA)(NATA)确认确认3333种有毒物质作为优先种有毒物质作为优先控制物种，其中控制物种，其中1616种为种为VOCsVOCs。5VOCsVOCs已检测出的有已检测出的有300300多种，多种，常见常见VOCVOC：67危害危害 (1)(1) 对环境、生态的影响对环境、生态的影响: :部分部分VOCsVOCs在光线的照射下，能和氧化剂发生光化学在光线的照射下，能和氧化剂发生

3、光化学反应，形成更有毒性的光化学烟雾，对动物和植物反应，形成更有毒性的光化学烟雾，对动物和植物造成严重的伤害造成严重的伤害；部分含氟的部分含氟的VOCsVOCs，如含氢氯氟烃，如含氢氯氟烃(HCFCS )(HCFCS )和氯氟烃和氯氟烃(CFCS)(CFCS)，对臭氧层具有破坏作用，引起温室效应，对臭氧层具有破坏作用，引起温室效应；很多很多VOCsVOCs属于易燃易爆类有机化合物，易引起火灾属于易燃易爆类有机化合物，易引起火灾和爆炸。和爆炸。8(2)(2) 对人体的影响对人体的影响: :1 1）损害神经的溶剂，如伯醇类（甲醇除外）、醚类、）损害神经的溶剂，如伯醇类（甲醇除外）、醚类、醛类、酮类

4、、部分酯类、苄醇类等；醛类、酮类、部分酯类、苄醇类等；2 2）肺中毒溶剂，如羧基甲酯类、甲酸酯类；）肺中毒溶剂，如羧基甲酯类、甲酸酯类；3 3）血液中毒溶剂，如苯及其衍生物、乙二醇类；）血液中毒溶剂，如苯及其衍生物、乙二醇类；4 4）肝脏及新陈代谢中毒的溶剂，如卤代烃类；）肝脏及新陈代谢中毒的溶剂，如卤代烃类；5 5）肾脏中毒的溶剂，如四氯乙烷及乙二醇类）肾脏中毒的溶剂，如四氯乙烷及乙二醇类91011有机废气治理控制技术取得了较大进展，根据处理有机废气治理控制技术取得了较大进展，根据处理形式大体可分为回收技术和销毁技术两大类形式大体可分为回收技术和销毁技术两大类。 12吸收法吸收法吸收法是利用

5、液体吸收而将吸收法是利用液体吸收而将VOCVOC转移到吸收剂中的特性，将转移到吸收剂中的特性，将VOCsVOCs从废气中分离的方法。从废气中分离的方法。适用适用范围范围：气体量较大，中等浓度的含气体量较大，中等浓度的含VOCVOC废气的处理废气的处理优优 点点：处理效率高，适用范围大处理效率高，适用范围大缺缺 点点：消耗大量的吸收剂和氧化剂，吸收产物后处理费消耗大量的吸收剂和氧化剂，吸收产物后处理费用大，且易造成二次污染用大，且易造成二次污染吸收效果取决于有机废气在吸收剂中的吸收效果取决于有机废气在吸收剂中的溶解度溶解度和和浓度浓度、操作操作条件条件、吸收剂的性质吸收剂的性质。吸收工艺的设计关

6、键是选择恰当的吸。吸收工艺的设计关键是选择恰当的吸收剂。所选吸收剂必须对所去除收剂。所选吸收剂必须对所去除VOCsVOCs有较大溶解度有较大溶解度。吸收设备：喷淋洗涤器、泡沫洗涤器、文氏管洗涤器等吸收设备：喷淋洗涤器、泡沫洗涤器、文氏管洗涤器等13VOCVOC的常用方法为物理吸收法的常用方法为物理吸收法，一般选用高沸点、低，一般选用高沸点、低蒸气压的油类作为吸收剂蒸气压的油类作为吸收剂，如，如柴油、煤油、水等柴油、煤油、水等适用适用范围：范围：常温、大风量、中等浓度的有机废气的处理。常温、大风量、中等浓度的有机废气的处理。特点特点：净化度较高，常温下的净化率大约在净化度较高，常温下的净化率大约

7、在82%-95%82%-95%。化学吸收法是通过化学反应将废气中的有机物吸收并化学吸收法是通过化学反应将废气中的有机物吸收并转化为无毒、无害的物质的方法。转化为无毒、无害的物质的方法。缺点缺点：工艺比较复杂，吸收效率有时不高，吸收液需要再次工艺比较复杂，吸收效率有时不高，吸收液需要再次处理，否则会造成废水的污染。处理，否则会造成废水的污染。优点：优点：化学吸收有化学吸收有很很高高的的选择性选择性, ,降低溶质的平衡分压降低溶质的平衡分压。 14喷淋洗涤器喷淋洗涤器1516文文氏氏管管洗洗涤涤器器17吸附法吸附法利用吸附剂的密集的细孔结构，对有机废气具有特殊的吸附利用吸附剂的密集的细孔结构，对有

8、机废气具有特殊的吸附性能，达到净化废气的目的。性能，达到净化废气的目的。作为吸附剂材料应具有作为吸附剂材料应具有吸附性能好，化学性质稳定，耐酸碱、吸附性能好，化学性质稳定，耐酸碱、耐水、耐高温高温，不易破碎和空气阻力小耐水、耐高温高温，不易破碎和空气阻力小等特性。等特性。吸附法与其他方法相比吸附法与其他方法相比：1.1.具有有机废气的去除率高、能耗低、吸附法一般属于物理具有有机废气的去除率高、能耗低、吸附法一般属于物理吸附吸附，吸附剂可以重复再生利用、适用面广等特点吸附剂可以重复再生利用、适用面广等特点；2.2.处理设备庞大，当处理体系中含有烟、粉尘、油等物质时，处理设备庞大，当处理体系中含有

9、烟、粉尘、油等物质时，为防止吸附剂的毛细孔被堵塞，必须经过预处理。为防止吸附剂的毛细孔被堵塞，必须经过预处理。18吸附剂主要是以碳质为原料的各种活性炭，它包括吸附剂主要是以碳质为原料的各种活性炭，它包括: :普通活性炭、炭分子筛和活性炭纤维，是一类具有普通活性炭、炭分子筛和活性炭纤维，是一类具有非极性表面，为疏水性和亲有机物的吸附剂。非极性表面，为疏水性和亲有机物的吸附剂。其孔穴丰富，比表面积大，所以它的吸附能力强，其孔穴丰富，比表面积大，所以它的吸附能力强，应用最广应用最广，尤其是活性炭己经广泛的用于苯系物、尤其是活性炭己经广泛的用于苯系物、卤代烃的处理中。卤代烃的处理中。其它吸附剂还有硅胶

10、、活性氧化铝、沸石分子筛和其它吸附剂还有硅胶、活性氧化铝、沸石分子筛和白土等。白土等。19挥发性有机物挥发性有机物大多数属于非大多数属于非极性或弱极性极性或弱极性物质，因此要物质，因此要选用非极性吸选用非极性吸附剂来进行吸附剂来进行吸附附。其中应用其中应用最广泛、效果最广泛、效果良好的吸附剂良好的吸附剂是活性炭。是活性炭。20活性炭活性炭原材料原材料：含炭物质，如木材、煤炭、石油焦炭含炭物质，如木材、煤炭、石油焦炭和果壳等。和果壳等。不同原料的活性炭吸附性能有很大的区别不同原料的活性炭吸附性能有很大的区别；当当原料相同时，制备工艺不同，吸附性能也可能原料相同时，制备工艺不同，吸附性能也可能有很

11、大的差异，具体表现在有很大的差异，具体表现在炭化温度、时间、炭化温度、时间、活化方式、活化温度乃至活化设备活化方式、活化温度乃至活化设备的不同都影的不同都影响到活性炭的晶体结构、表面积、孔径分布和响到活性炭的晶体结构、表面积、孔径分布和孔隙率，因而影响到它们的吸附性能孔隙率，因而影响到它们的吸附性能。21活性炭（活性炭（低浓度、低温度低浓度、低温度(40(40) )和低湿度和低湿度）优优 点点：1.1.净化效率高、易实现自动化控制、设备简单净化效率高、易实现自动化控制、设备简单；2.2.孔隙结构高度发达、比表面积大孔隙结构高度发达、比表面积大；炭表面上含有域可以附加炭表面上含有域可以附加上上各

12、各种官能团种官能团；具有催化活性具有催化活性；性能稳定，能在不同温度和性能稳定，能在不同温度和酸碱度下使用酸碱度下使用，可以再生可以再生（与（与树脂、硅胶、沸石等吸附剂相树脂、硅胶、沸石等吸附剂相比比）。）。缺缺 点点：吸附容量较小、设备体积大。吸附容量较小、设备体积大。不适用于温度高于不适用于温度高于40 40 、气体相对湿度超过、气体相对湿度超过50%50%的气体的吸附处理的气体的吸附处理；此外也此外也不不适用于易发生反应、活性大的溶剂的吸附适用于易发生反应、活性大的溶剂的吸附，该类有机物会与，该类有机物会与活性炭或在活性炭表面进行反应而堵塞炭孔，这种情况可采活性炭或在活性炭表面进行反应而

13、堵塞炭孔，这种情况可采用炭纤维或沸石作为吸附剂。用炭纤维或沸石作为吸附剂。其吸附效果主要取决于操作条件其吸附效果主要取决于操作条件( (如温度、湿度、流速等如温度、湿度、流速等) )、吸附剂性质和吸附质的性质和浓度。吸附剂性质和吸附质的性质和浓度。22活性炭吸附活性炭吸附VOCsVOCs的影响因素的影响因素1.1.活性炭性质活性炭性质孔隙结构的影响孔隙结构的影响表面官能团表面官能团的存在的存在2.VOCs2.VOCs性质的影响性质的影响VOCsVOCs的工艺条件对穿透曲线的影响（入口浓度、填充密度、气速、接触时的工艺条件对穿透曲线的影响（入口浓度、填充密度、气速、接触时间等）间等）水蒸汽的存在

14、对有机物吸附的影响（尤其极性小的物质）水蒸汽的存在对有机物吸附的影响（尤其极性小的物质）挥发性有机物的物理性质的影响（分子量挥发性有机物的物理性质的影响（分子量、沸点、沸点和偶极距和偶极距、挥发性、挥发性）3.3.多组分吸附时的相互影响（竞争吸附，其受初始浓度、吸附剂性质多组分吸附时的相互影响（竞争吸附，其受初始浓度、吸附剂性质以及吸附等温线的影响）以及吸附等温线的影响）23对于对于非极性非极性的动态吸附过程，的动态吸附过程，比表面积、孔径分布等孔隙结比表面积、孔径分布等孔隙结构构起主要作用起主要作用；而对于而对于极性大极性大的有机溶剂的吸附，活性炭的的有机溶剂的吸附，活性炭的表面化合物表面化

15、合物的影响较大，但随着有机溶剂碳原子的增加，影的影响较大，但随着有机溶剂碳原子的增加，影响作用变小。响作用变小。因此活性炭对有机物的吸附中，比表面积和孔因此活性炭对有机物的吸附中，比表面积和孔结构起主要的作用，只有当这两因素较小时，官能团的影响结构起主要的作用，只有当这两因素较小时，官能团的影响才明显。才明显。通过对活性炭的表面修饰，加载表面官能团，可以对活性炭通过对活性炭的表面修饰，加载表面官能团，可以对活性炭进行改性，提高活性炭的吸附性能和选择性进行改性，提高活性炭的吸附性能和选择性（如：（如：增加表面增加表面酸性，可增强对碱性物质的吸附，减弱对酸性物质的吸附酸性，可增强对碱性物质的吸附，

16、减弱对酸性物质的吸附）。表面官能团的存在 电荷分布不均匀 对极性和非极性物质的吸附行为24有机废气通过活性炭床层时，开始阶段多组分均等有机废气通过活性炭床层时，开始阶段多组分均等地吸附于活性炭上，但随着沸点较高组分在床内保地吸附于活性炭上，但随着沸点较高组分在床内保留量的增大。相对挥发性大的蒸气开始重新汽化，留量的增大。相对挥发性大的蒸气开始重新汽化，达到穿透点后，排出的蒸气大部分由挥发性较强的达到穿透点后，排出的蒸气大部分由挥发性较强的组分组成。在此阶段，组分组成。在此阶段，沸点较高的组分开始置换较沸点较高的组分开始置换较低沸点的组分低沸点的组分。多组分吸附有如下趋势多组分吸附有如下趋势：1

17、)1)分子量较大的有机物的分子量较大的有机物的吸附通常能置换低分子量较小的有机物的吸附吸附通常能置换低分子量较小的有机物的吸附；2)2)多组分蒸气同时吸附加大了传质区的长度，有可能多组分蒸气同时吸附加大了传质区的长度，有可能需增长吸附床的长度需增长吸附床的长度；3)3)多组分吸附时，给定系统多组分吸附时，给定系统的效率会降低。的效率会降低。多组分吸附25活性炭纤维活性炭纤维是以有机化合物纤维，如聚丙烯、酚醛树脂、聚乙是以有机化合物纤维，如聚丙烯、酚醛树脂、聚乙烯醇等，为基本原料经特殊加工制成的。它以巨大烯醇等，为基本原料经特殊加工制成的。它以巨大的比表面积、外表面积和非常发达的微孔结构而具的比

18、表面积、外表面积和非常发达的微孔结构而具有很大的吸附能力，纤维上有很多微孔可以直接与有很大的吸附能力，纤维上有很多微孔可以直接与有机物接触而不是象颗粒活性炭那样要先通过大孔、有机物接触而不是象颗粒活性炭那样要先通过大孔、过渡孔，才能到达微孔，因此，活性炭纤维更易于过渡孔，才能到达微孔，因此，活性炭纤维更易于吸附低浓度的吸附低浓度的VOCVOC。与颗粒活性炭相比，其吸附有机与颗粒活性炭相比，其吸附有机物的能力高出物的能力高出115115- -210210倍，吸附速度也快倍，吸附速度也快3 3倍左右倍左右。由于活性炭纤维的吸附能力强，故吸附装置可以小由于活性炭纤维的吸附能力强，故吸附装置可以小型化

19、，吸附剂的用量也可以少些，降低处理费用。型化，吸附剂的用量也可以少些，降低处理费用。26吸附法：吸附法：活性炭是应用最为广泛2728固定床吸附固定床吸附293031流动床吸附流动床吸附流动床吸附系统由吸附单元和脱附单元组成。流动床吸附系统由吸附单元和脱附单元组成。废气由吸附床底部进入，自下而上地流动，使废气由吸附床底部进入，自下而上地流动，使吸附剂流态化，吸附剂流态化，VOCVOC与吸附剂接触后被吸附，与吸附剂接触后被吸附，净化后的废气由顶部排出，吸附了净化后的废气由顶部排出，吸附了VOCVOC的吸附的吸附剂由底部排出，进入脱附单元。在脱附单元内，剂由底部排出，进入脱附单元。在脱附单元内，加热吸附剂，使有机物脱附出来，将气体引入加热吸附剂，使有机物脱附出来，将气体引入冷凝单元去回收有机溶剂。再生后的吸附剂送冷凝单元去回收有机溶剂。再生后的吸附剂送回吸附单元顶部继续进行吸附操作。回吸附单元顶部继续进行吸附操作。3233浓缩轮法浓缩轮法浓缩轮是一个装满吸附剂的旋转轮。废气由旋浓缩轮是一个装满吸附剂的旋转轮。废气由旋转轮的上游侧进入浓缩轮的吸附区，其中被吸转轮的上游侧进入浓缩轮的吸附区，其中被吸附净化后的废气由旋转轮的下游排出附净化后的废气由旋转轮的下游排出; ;同时另同时另一股流量较小的、温度较高的脱附气朝废气气一股流量较小的、温度较高的