欒志強談吸附材料與VOCs凈化
——專訪中國環保產業協會廢氣凈化委員會副主任委員兼副秘書長、防化研究院研究員欒志強先生
2011年11月12日至13日，“VOCs吸附凈化材料及其工程應用交流研討會” 在江西景德鎮市召開。會議由中國環境保護產業協會廢氣凈化委員會主辦，景德鎮佳奕新材料有限公司承辦。相關吸附材料研發、生產單位，從事VOCs吸附凈化治理的工程公司、從事吸附材料研發工作的專家學者等40余人參加了會議。本次會議以“吸附材料與VOCs凈化”為主題，旨在對VOCs治理中所需的關鍵吸附材料的研究現狀和發展趨勢進行專題討論和研討。
為進一步了解本次會議及VOCs廢氣污染防治工作的相關內容，谷騰環保網采訪了中國環保產業協會廢氣凈化委員會副主任委員兼副秘書長、防化研究院研究員欒志強先生。
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欒志強
中國環保產業協會廢氣凈化委員會副主任委員兼副秘書長、防化研究院研究員
谷騰環保網：請問這次會議的背景和意義是怎樣的？
欒志強：隨著我國工業生產活動的不斷增加，VOCs的污染已經成為目前我國重點城市群和重點區域大氣復合污染的重要前體物質之一。2010年5月國辦轉發了《環境保護部門關于推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣質量指導意見的通知》（國辦發[2010] 33號），正式地從國家層面上提出了加強揮發性有機物污染防治工作的要求，將VOCs和SO2、NOx、顆粒物一起列為改善大氣環境質量的防控重點污染物。可以預見，在今后一段時間以內，VOCs的污染控制工作將成為我國大氣污染控制的重點工作之一。
吸附技術是最為常用的VOCs凈化技術，而吸附材料視吸附技術的基礎，吸附材料的優劣和選用正確與否關系到整個吸附工藝的成敗。在工程應用中，面對各種各樣性能的吸附材料，有時應用方在選擇時無所適從，而同時生產吸附材料的廠家對應用要求理解不到位，片面追求理論吸附性能，會產生偏離工程實際的情況。所以經常會造成各種矛盾和問題。為了在吸附材料廠家和工程應用公司之間更好的溝通，直接交流供需雙方的需求，廢氣凈化委員會本著為企業服務的宗旨，決定召開“VOCs吸附凈化材料及其工程應用交流研討會”，會議主題是“吸附材料與VOCs凈化”。
谷騰環保網：為什么選擇在江西景德鎮市召開此次會議？
欒志強：委員會根據會議主題決定選擇發展情況良好的吸附材料廠家所在地進行會議，大家可以對材料公司進行參觀考察與交流。景德鎮有佳奕新材料有限公司、特種陶瓷研究所、嘉園特種陶瓷制造廠等多家蜂窩狀吸附材料公司，為國內生產蜂窩狀活性炭的發源地，在吸附材料生產研發等方面有較強的實力，而蜂窩狀活性炭是目前我國在VOCs凈化方面的主要吸附材料之一，另外佳奕新材料有限公司積極申請協辦此次會議，綜合考慮選擇會議地點在江西市景德鎮舉行。
谷騰環保網：本次會議的主題為“吸附材料與VOCs凈化”，在VOCs凈化過程中，現在的中國市場主要吸附材料有哪些？現狀如何？
欒志強：吸附材料的種類很多，主要有顆粒活性炭、蜂窩活性炭、活性炭纖維、疏水性蜂窩分子篩等。
顆粒活性炭方面，各廠家認識到中孔活性炭的重要性，積極開展中孔吸附回收專用活性炭的開發。蜂窩活性炭在比表面積、孔隙結構、壓縮強度等方面獲得進一步的提高，目前達到國際先進水平，應用過程需考慮燃點低的問題。活性炭纖維氈的生產主要取決于原絲，應從原絲入手，解決阻力較高，強度不足的問題。疏水性蜂窩分子篩的制備與改性技術在國內尚處于起步階段，需要進一步優化研究。
谷騰環保網：活性炭是VOCs凈化中常用的吸附材料，現在國內主要的活性炭生產廠家有哪些？
欒志強：按照形狀來劃分，活性炭材料包括顆粒活性炭、蜂窩活性炭和活性炭纖維等多種類型。
在國內顆粒活性炭的生產廠家眾多，但大部分為凈水用活性炭，能夠生產溶劑回收活性炭的廠家并不多，主要有：山西新華化工有限責任公司、寧夏廣華奇思活性炭有限公司、寧夏華輝活性炭有限公司等。
活性炭纖維氈的廠家有：江蘇蘇通碳纖維有限公司、安徽佳力奇碳纖維有限公司、青島遠輝復合材料有限公司等。
蜂窩活性炭的廠家有：江西景德鎮佳奕新材料有限公司、特種陶瓷研究所、嘉園特種陶瓷制造廠等。
谷騰環保網：活性炭的再生技術也是活性炭使用過程中用戶比較關心的一個問題，這次會議是否就這方面有所討論？主要討論了哪些方面？
欒志強：吸附劑的再生一般采用物理方法，通過升溫、降壓、置換、吹掃或化學轉化等方式，也可以采取幾種方式的組合；在有機廢氣治理中通常采用低壓水蒸氣置換再生、熱氣流吹掃再生和降壓脫附再生。
低壓水蒸氣置換再生，是指利用高溫水蒸氣將吸附劑中的吸附物置換出來，再生后產生的混合物進行冷凝分離以回收溶劑，同時需要對產生的廢水進行處理，避免二次污染。
熱氣流（空氣或煙氣）吹掃再生，是指利用高溫氣流對吸附劑表面進行吹掃將被吸附物解吸出來，解吸后產生的高濃度廢氣可以采用冷凝分離回收溶劑，也可以采用催化燃燒和高溫焚燒進行處理。
降壓脫附再生，是依靠真空泵所產生的負壓將吸附劑中的吸附物解吸出來，產生的高濃度有機物通常采用低溫冷凝和液體吸收等方法進行溶劑回收。
對于顆粒活性炭和活性炭纖維，通常采用水蒸氣置換再生，有時也采用熱氣流吹掃再生；對于蜂窩狀活性炭和分子篩吸附劑，通常采用熱氣流吹掃再生；對于油氣回收等極高濃度VOCs的吸附回收，應用中孔專用活性炭，采用降壓解吸再生。
吸附材料的再生技術是吸附凈化的核心技術，因此本次會議對不同吸附工藝的吸附劑再生技術舉行了重點討論，，包括了再生工藝對后處理的不同要求、不同吸附劑常用再生的方法、再生條件選擇、再生介質選用等。
谷騰環保網：在VOCs凈化的實際應用過程中，現有吸附材料存在哪些問題？該如何解決？
欒志強：各種材料都有自己的優缺點，即在各自適用的范圍內最優。
顆粒活性炭方面，國內主要使用普通的氣相吸附活性炭進行溶劑回收，回收效率低；但國內缺少吸附回收活性炭標準，使應用廠家在選用吸附回收炭上無章可循。解決方法是鼓勵各廠家積極開發吸附回收專用活性炭，獲取大量數據，并進行行業標準的制定。
蜂窩活性炭燃點低，易于著火，安全性差，因此只能采用低溫脫附，再生效果差，不適用于高沸點的有機物的凈化；另外強度低，在高濕條件下易破碎。解決方法是通過優化工藝設計減少安全問題，另外從提高材料機械強度、耐水性、疏水性，增大比表面積入手，提高材料的各項性能。
活性炭纖維氈材料穩定性較差，強度低，阻力大，使用壽命短。需要從原絲入手，解決阻力較高，強度不足的問題。
疏水性蜂窩分子篩的制備技術在國內尚處于起步階段，與國外相比有一定的差距，在強度上、配伍使用上、吸附材料應用動力學等方面需要加強研究。
谷騰環保網：單一的吸附技術有一定的局限性，為了彌補其缺陷，耦合技術漸漸發展起來。現有的耦合技術有哪些？應用狀況如何？
欒志強：由于工業VOCs廢氣成分及性質的復雜性和單一治理技術的局限性，在很多情況下，采用單一技術往往難以達到治理要求，且不經濟。利用不同單元治理技術的優勢，采用組合治理工藝不僅可以滿足排放要求，同時可以降低凈化設備的運行費用。因此，近年來在有機廢氣治理中，采用兩種或多種凈化技術的組合工藝受到極大的重視，并得到迅速發展。
吸附技術與其他技術耦合使用，一般有吸附濃縮-冷凝回收技術、吸附-催化燃燒或熱力焚燒、冷凝-吸附濃縮等技術。各種技術具備各自的適用條件。
吸附濃縮+冷凝回收技術：
對于低濃度的VOCs廢氣，當需要對有機物進行回收時可以使用吸附濃縮-冷凝回收工藝。吸附裝置可以是固定床，也可以是沸石轉輪。采用熱氣流對吸附床進行再生，再生后的高溫、高濃度廢氣通過冷凝器將其中的有機物冷凝回收，冷凝后的尾氣再返回吸附器進行吸附凈化。該工藝主要用于低濃度、大風量、回收價值較高的有機物的凈化。
吸附濃縮-燃燒技術：
吸附技術主要適用于低濃度VOCs的凈化，而燃燒技術則適用于高濃度VOCs的凈化。我們在工業上經常碰到的是低濃度、大風量的VOCs的排放(此種情況占到了工業VOCs排放的大部分)，當不需要進行回收(回收價值低)時，直接進行催化燃燒和高溫焚燒需要消耗大量的能量，設備的運行成本非常高。為此發展了吸附濃縮-催化燃燒或高溫焚燒技術，當廢氣中不含催化劑中毒的物質時，通常采用催化燃燒進行后處理，反之則采用高溫焚燒。吸附濃縮-催化燃燒技術是將吸附技術和催化燃燒技術有機地結合起來的一種組合技術，適合于大風量、低濃度或濃度不穩定的廢氣治理。國內由防化研究院于1990年研制了固定床式的有機廢氣濃縮裝置，并得到了大量地推廣應用，成為目前我國噴涂、印刷等行業大風量、低濃度有機廢氣治理的主流技術。
活性炭纖維吸附回收+沸石轉輪吸附濃縮技術：
當利用水蒸氣進行再生時，活性炭纖維吸附裝置具有吸附和再生速度快、回收溶劑品質高等優點，在溶劑回收領域已經得到了大量應用。但由于活性炭纖維氈的阻力大，通常使用薄床層進行吸附和頻繁再生，使得其單級吸附效率較低，經過單級吸附以后廢氣排放通常達不到排放標準的要求。對于經過一級活性炭纖維吸附裝置吸附凈化后的空氣可以再采用沸石轉輪進行吸附濃縮，濃縮后的空氣再返回工藝廢氣后進入活性炭纖維吸附裝置。此組合工藝既可使排放達標，又可以最大限度地回收廢氣中的有機物，在化工、電子等領域的廢氣治理中得到了應用。該組合工藝主要適用于較高濃度的有機廢氣的凈化。沸石轉輪的的優勢在于處理低濃度的廢氣，對于較高濃度的廢氣，如果直接使用沸石轉輪吸附濃縮，其濃縮倍數較低，效率也較低。采用以上組合工藝則可發揮活性炭纖維吸附裝置和沸石轉輪濃縮裝置兩者的優勢，具有最低的運行成本和最高的凈化效率。
等離子體+光催化復合凈化技術：
等離子體-光催化復合凈化技術是近年來出現的一種先進的組合空氣凈化技術。等離子體場產生高能量活性粒子，促進催化反應，減少能耗；光催化劑則進一步促進等離子體產生的副產物的氧化反應，且主導反應方向，讓反應具有選擇性，大大減少副產物。該技術被認為在處理VOCs、氮氧化物、機動車尾氣方面都有著廣闊的發展前景，但在實際應用中目前還很不成熟。
谷騰環保網：吸附技術由于比較成熟，操作方便，已有較廣泛的應用。您認為吸附技術還可以從哪些方面來提高？
欒志強：可以從以下幾方面來提高：
（1）加強新型吸附材料的研究，提高材料性能，從根本上解決吸附設備在使用過程中所存在的問題。疏水型分子篩、溶劑回收專用活性炭、低阻型活性炭纖維、耐水型蜂窩活性炭以及復合吸附材料等。
（2）加強對吸附過程的研究，以提高吸附設備的設計水平。微觀和宏觀吸附動力學研究、混合吸附動力學研究、吸附劑的再生技術、吸附與脫附速率的研究與表征等。
（3）注重技術集成研究，拓展吸附技術的應用范圍。注重吸附技術與其它技術的集成，如冷凝回收技術、催化燃燒技術、高溫焚燒技術等。
（4）注意廢氣的前處理工藝研究，提高吸附設備的凈化效率和使用壽命。含塵、漆霧、氣溶膠、高溫、高濕等都會影響吸附劑的凈化效率和使用壽命。在廢氣進入吸附器之前，需要盡量除去能夠影響吸附的雜質，并對氣體的性質進行調變。
谷騰環保網：謝謝您接受我們的采訪。
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