活性炭纖維吸附-催化燃燒法處理大風量低濃度VOCs廢氣
有機廢氣中所含揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs），一般是指溫室下飽和蒸氣壓超過70.91Pa或沸點小于260℃的有機物，包括脂肪烴、芳香烴、酯類、醚類和鹵代烴等[1]。近年來的大量研究表明，碳組分是大氣顆粒物中含量最高的化學組分，有機碳（OC）、元素碳（EC）在顆粒物中的質量濃度之和約占顆粒物質量濃度的20%～50%。大氣中的氣態揮發性有機物（VOCs）通過光化學反應生成的二次有機碳（SOC）已經成為顆粒物的重要組成[2]。
采用顆粒活性碳固定床吸附VOCs，因受其吸附率低，床層損力大，需采用蒸汽再生等不利因素的影響未能大量推廣應用。蜂窩狀活性炭吸附-催化燃燒法處理大風量低濃度VOCs廢氣從20世紀90年代開始得到了應用[3]-[7]。由于蜂窩狀活性炭比粒狀活性炭（GAC）具有床層阻力小，可用熱空氣再生等優點，基本上解決了活性炭吸附裝置連續運轉的難題，但仍然存在設備體積龐大、投資高、能耗高等缺點，主要在大型企業中應用，一般中小企業無法承受其費用。
1 新型吸附材料-活性炭纖維的應用
活性炭纖維（Activated Carbon Fiber, 簡稱ACF）是20世紀70年代初發展起來的一種新型吸附功能材料，它以粘膠纖維、酚醛樹脂纖維、聚丙烯腈纖維、瀝青纖維等為原料，經預處理、炭化和活化制得。應用狀態為氈、布、紙、蜂窩狀等。ACF具有粒狀活性炭、蜂窩狀活性炭不可比擬的一系列優點[8]：(1)ACF的纖維直徑細（6～18μm），與被吸附物的接觸面積大（外表面積大），且可均勻接觸和吸附，使ACF材料得到充分的利用，效率高；（2）ACF的外表面積和比表面積大，吸附及脫附速度快，約是GAC的 10～100倍。吸附容量大，約是GAC的1.5～ 10倍。可吸附處理低濃度廢氣或具有活性高的有機物質。（3）ACF微孔非常豐富，且孔徑分布窄，絕大多數孔徑在100AO以下，吸附容量高。（4）ACF的體密度小，濾阻小，約是GAC的1/3，同時ACF的吸附效率高，漏損小，吸附層厚度可薄一些（ 一般小于 100mm），占用空間小，濾層壓降小，動力消耗少。（5）ACF的強度高，不易粉化，不會造成二次污染。純度高，雜質少，可用于食品和醫療衛生工業。（6）因為ACF體密度小和吸附層薄，不會造成蓄熱或過熱現象，同時，ACF的熱穩定性好，脫附溫度比GAC 高，事故不易發生，可連續安全作業。（7）以 ACF作吸附劑的“吸附-催化燃燒”凈化設備可以做到小型化，節省場地、資金及運行成本。金毓荃等研究以厚度為20mm的ACF 在濾速0.2m/s以下時，當進口濃度值小于 1000mg/m3時，三苯及其混合物的凈化效率高于90%以上，對苯系混合物的吸附容量為 195mg/g左右（C進=500mg/m3，C出/C進 =0.5），連續循環14次，實驗結果基本保持不變。吸附柱壓降400Pa左右[9]。汪明光、陳湛采用厚度50mm的ACF對甲苯廢氣進行吸附脫附中試，流量850m3/h，其脫附熱風溫度為250～270℃，脫附時間15～20min[10]。
以ACF作吸附劑的有機溶劑回收裝置，早在20世紀80年代末期日本已有東洋紡織公司、尤尼吉卡公司、東邦人造絲公司等研制成功并批量生產。在相同處理量的條件下，ACF的填充量僅是GAC的1/25；吸附時間是其1/20，脫附時間是其1/5；裝置體積是其1/3，且回收溶劑的質量要比其好得多。對于一個雙吸附槽回收裝置（一個吸附、一個解吸，自動切換）來說，ACF與GAC 回收裝置的參數見表1[8]。
在ACF的開發研究及應用技術方面，我國與日本相比，約有10～20年的差距。 2000年李澤清利用ACF回收裝置對醫藥中間體生產中反應釜排氣進行處理，回收甲苯及四氫呋喃（THF），處理規模2000m3/h [11]。張建軍利用ACF回收裝置回收水松紙印刷生產工藝中排放的乙醇用于生產[1]。歐海峰等于1999年采用活性炭纖維吸附-催化燃燒裝置處理鞋廠印膠及烘干工序生產的 “三苯”廢氣，處理風量為14000m3/h，廢氣出口濃度低于40mg/m3，凈化效率達95.6%～ 97%，脫附熱風溫度120℃，脫附時間6min[12]。
根據原材料纖維的種類及制備工藝的不同，目前市面提供的ACF主要有粘膠基（纖維素、人造絲）、聚丙烯腈（PAC）基，酚醛基、瀝青基等品種。各種ACF的性能見表2[15]。
ACF值得強調的優點是其具有良好的脫附再生性能，脫附完全且速度快，再生吸附量保持率高，對有機溶劑蒸氣的吸附，可用熱空氣或水蒸氣再生。工業上用ACF吸附處理甲苯廢氣時，連續吸附-再生使用1年（吸附再生周期約25min），纖維的再生吸附量可保持95%以上，連續使用兩年，可保持80%以上。ACF的耐熱性強，在450℃以下空氣中不失重，因此可在較高溫度下脫附再生[15]。
在吸附-催化燃燒法處理大風量低濃度VOCs廢氣工程中，活性炭纖維(ACF)將可取代顆粒活性炭、蜂窩狀活性炭做吸附劑。吸附-催化燃燒法應用實例見表3。粘膠基活性炭纖維（VACF）常被用作 VOCs的吸附材料，一方面它對VOCs的吸附容量大，更可貴的是耐溫性能好，且溫度對 VACF吸附性能影響不大，陳玲、奚旦立利用VACF對印染行業熱定型機油煙廢氣吸附試驗發現其吸附溫度可達到210℃，且比溫度低時吸附量總體上略有升高。熱定型機油煙廢氣以烷烴類物質為主，含有醛、酮、烴、脂肪酸、醇、酯、內脂等污染物[17]。
2 FTX型VOCs廢氣凈化裝置簡介
FTX型VOCs廢氣凈化裝置獲發明專利（ZL200610037174·0）授權而開發。適合處理大流量、低濃度VOCs廢氣。
基本原理及技術特點
（1）采用活性炭纖維作吸附劑對VOCs 分子或分子團進行快速、高效吸附，廢氣得以凈化達標排放。（2）每套裝置由預濾器、吸附器（由6個吸附單元組成）、引風機、催化燃燒裝置、脫附風機、控制箱、自動閥門和統一底座等組合成一臺一體化裝置，方便運輸和安裝。（3）吸附器的6個吸附單元循環進行吸附、脫附和再生過程。（4 ）采用西門子可編程控制器（PLC）及觸摸屏進行中央控制，模擬顯示設備運轉，運行狀況可以一目了然。全自動控制，無人值守，可靠性強，操作簡單，便于維護。（ 5 ）設備體積小，重量輕。（6）設備阻力小，節約能源。
3 FTX型VOCs廢氣凈化裝置技術先進性
目前我國處理大風量低濃度VOCs廢氣的設備以蜂窩狀活性炭吸附-催化燃燒工藝為主要代表，FTX裝置與其相比較，具有明顯的優點。具體數據見表4。
參考文獻
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