1.简介
挥发性有机化合物（VOC）是从化学和石化工业，包括溶剂，如稀释剂，去污剂，清洁剂，润滑剂，燃料和液体燃料发射的常见的空气污染物产生。下面VOC是最常报告：甲醛（CH 2 O），四氯乙烯（C 2氯4），苯（C 6 H ^ 6），甲苯（C 7 H ^ 8），二甲苯（C 8 ħ 10）和乙醛（C 2 H ^ 4 O）。这样的挥发性有机化合物是危害人体健康和环境，特别是在他们对全球变暖的贡献两者; 挥发性有机化合物破坏平流层臭氧层和光化学烟雾[一个关键要素1 - 3 ]。也是已知的苯和甲苯导致癌症动物; 一些被怀疑造成的，或已知会导致癌症和中枢神经系统的功能在人类的下降。此外，美国EPA（环境保护署）规定对人类健康的特定的VOC的效果（例如苯，甲苯）为危险[ 4 - 5 ]。由于这些原因，对于VOC去除各种技术已经在最近几年的调查，现在的治疗包括热氧化，生物过滤，吸收，吸附，和冷凝。
技术被用来控制VOC的电流可以分成两个主要部分：
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分解：该方法涉及为了通过分解挥发性有机化合物，以减少排放的效应的热氧化和/或生物的过滤方法。
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恢复：吸收，吸附，冷凝和常见的恢复技术。
用活性炭吸附处理系统是用于被释放到大气中[挥发性有机化合物的去除和回收的最有效的方法中3 ]。目前正在开展正在进行的研究，以进一步提高其吸附能力; 刘某等人。[ 6 ]最近研究了为甲苯活性炭的吸附能力。然而，世界消费和活性炭价格稳步上升，预计由于联合国成员国新的汞控制立法，以进一步增加的需求。
因此，在效率和能量要求而言，它改善活性炭[再生方法变得越来越重要7 ]。典型再生过程包括变温吸附（TSA），其使用温度作为控制变量，和变压吸附（PSA），其使用压力作为操纵变量。
TSA通常适用于从空气去除挥发性有机组分。对于解吸过程中，床由热气体（空气，N加热2，等）。然而，由于气体的热容量低，需要在这个过程中，这导致加热气体[在稀释吸附物解吸大量气体的8 ]。
在PSA中，吸附步骤在高于大气压的压力下进行。上PSA几个研究已经发表，包括不同类型的周期和压力的范围[ 9 - 12 ]。典型地，该气体在高压下吸附到吸附剂表面上，并且当被降低的压力被释放。PSA方法使用一高压压缩机，这导致高的功率消耗和安装成本进行。
在真空变压吸附（VSA），吸附步骤在大气压下进行，并在低压下获得的解吸。查菲等人。[ 13 ]报道真空压力对总的比功率的影响，并确定一个最佳的真空压力（40毫巴）。过程中，进料温度，浓度，和对功耗抽空压力的影响进行了研究，这两个经由使用13X沸石[模拟和实验14 - 15]。
的VSA方法的优点包括更长的使用吸附剂，技术的简单和低能量消耗。的VSA方法的简易性提供了更高的效率，节省成本，并且比PSA过程[低维护费用16 ]。此外，VSA过程是较不敏感筛喷粉由于压力波动是幅度的较低阶的; 既不是VSA过程易受潮湿条件，而PSA过程需要水和油被淘汰。在VSA过程中，使用一个真空步骤的提供分子筛（吸附剂）的更大的再生，从而延长吸附剂寿命。使用VSA过程中创建的功率节省是高达50％，相比于简单的PSA系统[ 17 ]。
本研究的目的是检查失效的活性炭的VSA再生的通过恒定的压力和低温加热的效果。本研究着重于用于实现0.9再生比所需饱和活性炭的甲苯再生的条件。解吸速率和两个VSA和TSA再生再生效率期间5的吸附 - 再生循环进行比较。
2.实验
2.1。吸附剂吸附质和
从三千里有限公司（韩国）的活性炭被认为适合作为本研究中的吸附剂，在比较硬度，表面区域，和活性炭的生产厂家，价格方面[ 3 ]。此外，在预测试，从三千里活性炭显示高吸附和脱附效率的VOC为。活性炭（25克）中的溶液还从三千里有限公司（韩国）购得; 使用2毫米颗粒。活性炭的质构特性是选自N确定2吸附-脱附等温线（ASAP 2020，Micrometrics，USA）。所述N个前2吸附-脱附分析，将样品在573.15 K含量脱气5小时。在S BET活性炭是1067米2 / g以下。的总孔和微孔体积为0.58厘米3 / g且0.14厘米3分别/克，如从Horwarth-Kawazoe的裂孔和t-曲线法计算的。吸附剂用甲苯（99.99％，Sigma Aldrich公司，韩国）花费。
2.2。吸附 - 解吸方法
的吸附-解吸循环进行与示意性示出图1中。生成甲苯蒸气和使用流量计，和一个空气压缩机控制。甲苯的浓度是使用气相色谱仪的火焰离子化检测器测量（2010另外，岛津，日本）。甲六通阀被安装在气相色谱仪来分析VOC气体的浓度。中使用了的Rtx-5柱，和甲苯和/或苯的吸附期间，将样品注入到气相色谱仪中每10分钟，以获得穿透曲线。
图。1
对于VOC吸附系统实验装置。
突破曲线通过监测出口浓度作为时间的函数来测量。当首次测定出口VOC浓度，穿透时间进行了测定。然后，性能参数计算如下。期间吸附，使用测定被活性炭吸附挥发性有机化合物等式 （1） 。
（1）
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Ç 我：VOC的反应器入口浓度（ppm）
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Ç：VOC的反应器出口浓度（ppm）
解吸实验通过控制温度或压力下进行。再生试验的总持续时间为150分钟。实验解吸条件在指定的表1中。对于所有的吸附-解吸循环，流速和再生温度和压力保持。热解吸在363.15 K和393.15 K的VSA解吸温度在363.15 K和13332帕进行进行。
表格1
解吸试验中的试验条件
| 条目 | VOC，浓度 | 再生的条件 | 周期 |
|---|---|---|---|
| 1 | 甲苯，300ppm的 | 363.15 K和13,332霸 | 五 |
| 2 | 甲苯，300ppm的 | 363.15 K和W / O型的压力 | 五 |
| 3 | 甲苯，300ppm的 | 393.15 K和W / O型的压力 | 五 |
在解吸试验中，在条件363.15 K和13332帕进行控制，并且用气相色谱进行记录的数据（2010另外，岛津，日本）。解吸率等式 （2）基于甲苯解吸的质量进行测定。
（2）
其中d是活性炭（％）的解吸率，W1是解吸前活性炭的重量，W2是解吸后的活性炭的重量，和W3被吸附甲苯的重量。
用于计算再生效率的方法，在[描述18 ]。
3。结果与讨论
吸附和再生VSA实验以确定VSA再生实验是否回收的用过的活性炭的初始吸附能力重复5次。活性炭的再生是在一个恒定的加热（363.15 K）和压力（13332帕）下进行，以0.5L / min的流速下。的363.15 K和再生时间为150分钟的温度下通常需要活性炭的再生。将温度由固定在活性炭的表面上的热电偶监测。来自反应器的出口气体的浓度与支撑的气相色谱仪具有FID检测器的测量。VSA再生进行363.15 K和13332帕（条目1），然后相对于TSA再生实验（363.15 K和393.15 K）。
吸附和解吸后保持吸附剂的吸附容量的能力是有效的再生处理的主要点之一。在图2中，每5个吸附/ VSA再生循环的吸附穿透被示出，其中，穿透时间对于甲苯被看作是从293分钟减少到将近263分钟。穿透时间在第一次循环略有减少，但它仍然几个再生循环（2-5个循环）之后类似。其余的试样在363.15 K和13332帕再生样品的吸附穿透曲线分别类似于新鲜活性炭。在这项研究中，活性炭样品中相应的突破响应进行5个吸附/解吸循环，在所观察到的吸附剂的吸附能力没有相当大的损失，作为明显。
图2
期间吸附/ VSA再生循环耗尽活性炭的吸附穿透曲线。
吸附和解吸再生VSA实验重复5次调查VSA再生是否能够恢复活性炭的原始吸附能力。图3示出了用于甲苯活性炭的吸附容量（克/克），呈现为再生循环的数量的函数。在该图中，数据点表明，该VSA再生基本上不影响碳的吸附能力，但它恢复活性炭几乎其初始值的吸附能力; 5个循环后，其吸附能力稍有下降。
图3
期间吸附/ VSA再生循环耗尽活性炭的吸附容量（克/克）。
图4呈现在吸附/ VSA再生循环甲苯为耗尽活性炭的解吸速率。一个周期后，将甲苯的解吸率保持在约80％，如甲苯有困难解吸到活性炭的微孔。周期2至5之间，解吸速率然后显著增加，直到达到稳定状态。此高原可以归因于吸附的解吸或化学反应在活性炭甲苯，因为它是在VSA再生方法中每个循环后解吸。相比其原始值，其结果表明，VSA再生对突破时间和吸附能力显着效果。在13332帕的压力实现的VSA方法同时显示更高的再生和能量效率。并作为用于VSA再生处理温度为363.15 K，它仍然能够有效地除去与传统PSA法强吸附VOC-相反。
图4
期间吸附/ VSA再生循环耗尽活性炭的解吸速率。
吸附和再生TSA实验（条目2，条目3）重复在363.15 K 5倍和393.15ķ没有压力，然后进行比较，以VSA再生实验（条目1）。正如所观察到的图5，穿透时间大幅在363.15ķ减小无压力。穿透时间对甲苯从293分钟减少到将近70分钟（基于1％穿透）。在363.15ķ无压力进行再生强烈表明活性炭的吸附能力。一般来讲，突破时间短，吸附能力越低。
图5
a）吸附穿透曲线，B）吸附容量（克/克），以及c）在吸附过程中耗尽活性炭解吸速率/ TSA再生循环（363.15 K）。
吸附容量（克/克），每5个吸附/ TSA再生循环的解吸速率（363.15 K）示于图5。第一次循环后，对于甲苯的吸附能力恢复只有70％的原始的，然后在5个周期连续地减小。在363.15 K的TSA再生温度，挥发性有机化合物难以解吸到活性炭的孔隙中。
在363.15ķ无压力（周期1-5）获得的解吸速率可以为条目第1（VSA再生处理）进行比较。该图显示，在VSA再生方法可以更有效地解吸甲苯，并且所述活性炭以更高的速率回收。第一次循环后，对甲苯解吸速率恢复到几乎100％，5次循环之后被保持。这种现象不仅在TSA再生方法（363.15 K）观察到 一个周期之后，解吸率为73％，然后从第一周期稍微增加至第二循环仅达到约92％。另外，解吸速率连续地在五个周期，其可以被解吸每个周期后归因于甲苯中的活性炭的积累减少。
然后，将TSA再生实验在的393.15 K A的温度，这是在TSA再生（条目3）中最常用的温度下进行。对于393.15 k中的脱附温度无压力时，穿透时间对于甲苯从293分钟减少到176分钟。这种增加在解吸温度从363.15 K至393.15 K（条目2和3）显著提高吸附容量。然而，再生后，无论是吸附容量和解吸速率表现出持续下降; 的降低比对VSA再生，这可能是由于由挥发性有机化合物的部分毛孔堵塞更显著。我们断定，在TSA再生方法，其在393.15ķ进行的，不能完全除去吸附的VOC。
在363.15 K（TSA的再生过程。图7），用于甲苯中的再生效率是〜0.75; 几个再生循环后，然而，效率下降显著至0.2。相反，对于甲苯再生效率为〜0.78在393.15 K，并且效率从0.78至仅稍微降低〜0.6，且5个循环后保持。
图7
为一个）VSA耗尽活性炭再生效率，B）TSA（363.15 K），和c）TSA（393.15 K）再生过程。
虽然VSA再生温度维持在363.15 K，解吸压力恒定（13332帕）下进行。在这些条件下，甲苯的再生效率为0.94，并且失效的活性炭，然后在5个再生循环在几乎等于再生效率再生。
因此，VSA再生方法在363.15 K和393.15 K.视为有效，并产生高的再生效率相比TSA再生这种改善可以通过在恒定的压力引入适当的温度（363.15 K）的，这是需要说明成功再生。
4。结论
虽然吸附 - 再生方法是一个重要的过程，它尚未被全面的研究。再生被认为是一个重要的过程，因为它在处理经济和能量最小化的优点。本研究探讨与甲苯废吸附剂的VSA再生过程中，其目的开发的多循环再生系统，可以维持高的再生效率。这样，用活性炭的VSA再生过程随后相比于TSA过程。
这里，高再生效率是为甲苯 - 失效的活性炭在363.15 K和13332帕通过VSA再生过程来实现的。五个吸附 - 解吸循环进行，和甲苯失效的活性炭被发现是用于多个再生稳定。VSA再生效率大于0.9的温度下13332帕，发现在363.15 K中甲苯，直到五吸附 - 解吸循环，与仅显示周期期间2-5略有下降的吸附能力。这种降低是由于该化学吸附位点所消耗的表面上，并在甲苯活性炭的微孔被少脱离的事实。
结果证实，在5个循环，低温（363.15 K）和恒定的压力（下13332帕）解吸可以再生由甲苯更有效地吸附比传统的再生方法的活性炭。
