出于安全考慮，活性炭很少用于回收基于酮的揮發性有機化合物。用活性炭吸附甲基乙基酮(MEK)是一種高度放熱反應，可能在活性炭罐中引起燃燒。此外，在解吸的溶劑中產生2,3-丁二醇(BDO)，會導致回收的溶劑變黃和產生氣味。該研究應用連續吸附-解吸裝置評估回收的含有改性和原始活性炭的MEK吸附容量和BDO的解吸濃度。

　　大量有機溶劑，包括酮類有機溶劑，用于各種工業過程，大多數行業采用顆粒活性炭或活性炭纖維回收揮發性有機化合物(揮發性有機化合物)。本研究的一部分是基于干燥聚氨酯(PU)合成革工藝廢氣，甲苯和MEK是使用的主要溶劑。在該研究中選擇MEK作為含酮溶劑。已經進行了大量關于用活性炭吸附VOC的研究，大多數研究采用了固定床吸附系統。活性炭的物理性質為各種有機蒸氣提供快速吸附和高吸附能力。在現場應用中，蒸汽通常用作再生活性炭的熱源。因此，含有酮或含酯的溶劑往往會在含有大量水蒸氣和氧氣的環境中引起水解和氧化問題，影響回收溶劑的質量和活性炭的性能。

　　本研究的重點是設計和構建連續固定活性炭吸附-解吸裝置作為主要測試系統的溶劑回收工藝。主要目的是降低回收的含有MEK的有機溶劑的BDO濃度，并增加活性炭的著火點，以減少相關的火災危險。通過使用活性炭實現了相對有利的回收MEK的吸附-解吸效率。然而，在使用這些活性炭回收的MEK溶劑中，BDO濃度相對較高。因此，應用表現出不同負載的不同試劑來改性活性炭，并且通過實驗評估效果。而且，解吸溫度，解吸介質，實驗評估了含氧官能團對吸附和解吸過程的影響。目的是開發一種方法，該方法可用于有效降低回收溶劑中的BDO濃度并提高活性炭的燃點。VOC的分子直徑在大約3到8.5之間。對于表面吸附，孔徑與吸附物直徑之比是一個關鍵參數，擁有20納米孔隙的活性炭能有效吸附VOCs。

　　連續吸附解吸循環試驗

　　連續交流吸附解吸試驗的實驗裝置如圖1所示。活性炭固定床反應器的直徑為2.72厘米，長度為30厘米。吸附條件是空氣中MEK=4000ppm，氣體速度=0.3米/秒，吸附溫度30℃，相對濕度(RH)<10%。將活性炭在烘箱(140-150℃，4小時)中烘烤后，將其取出并置于干燥盤中冷卻。稱量所需的活性炭并置于固定床反應器中進行吸附試驗。將恒定流速的壓縮空氣注入含有有機溶劑(MEK或甲苯)的氣泡瓶(保持在20℃)中。通過調節轉子流量計來控制單一(4000ppm MEK或4000ppm甲苯)或二元(2000ppm MEK+2000ppm甲苯)蒸氣的濃度。然后將氣體引入反應器中進行實驗測試(保持在30℃)。繼續進行實驗測試直至吸附劑達到飽和，其定義為出口VOC濃度達到入口濃度的95%的時間。使用VOC分析儀測量氣流中的蒸氣濃度。然后將活性炭從反應器中取出并稱重用于計算飽和MEK吸附容量。

　　圖1.活性炭連續交流吸附解吸過程的實驗裝置。

　　在稱重后將活性炭重新安裝到反應器中。然后將閥門切換到解吸過程。將冷卻器的溫度設定為5℃，并加熱加熱帶直至達到解吸介質的所需溫度(100℃或130℃)。解吸時間為10分鐘。當反應器的中心達到約35℃時，將解吸介質引入反應器中。然后收集解吸的溶劑。當滿足設定的解吸時間時，終止加熱和解吸介質并且溫度開始下降。此后，將吹掃的壓縮空氣注入(在某些實驗測試中使用氮氣)到反應器中，直到中心溫度降至室溫。收集解吸的溶劑并稱重用于計算活性炭的工作容量。工作容量定義為吹掃后飽和VOC吸附容量與碳上殘余VOC的差值。然后使用氣相色譜儀分析溶劑的組成。

　　活性炭的改性

　　改性劑的主要功能是與活性炭中灰分的金屬成分形成鍵合，并降低活性炭與酮的反應性。所用的改性劑包括乙醇胺，乙二胺，MgO和KNO 3，用于可能減少BDO的產生和提高活性炭的燃點。在改性之前，將活性炭烘烤并在150℃下干燥4小時。圖2顯示了用于改性的活性炭，改性劑和浸漬溶劑的量。

　　圖2.使用的活性炭，改性劑和浸漬溶劑。

　　活性炭內含氧官能團對BDO濃度的影響

　　活性炭在350℃氮氣中處理4小時以除去部分含氧官能團，與活性炭在臭氧處理24小時后做對比。在三個循環期間基于相同的吸附解吸程序，MEK的吸附和解吸特性以及兩種處理方法的BDO濃度。結果表明，在第一次循環期間解吸溶劑中氮氣處理的BDO濃度分別為0.023wt%，第二次和第三次循環期間的0.089wt%和0.106wt%(平均值為0.073wt%)。第一次循環期間解吸溶劑中臭氧處理的BDO濃度約為0.116%。然而，在第二和第三循環期間，BDO濃度分別急劇增加至0.576wt%和0.723wt%(平均值為0.472wt%)。

　　結果表明，使用適當的改性劑和負載的方法改性活性炭，降低活性炭內含氧官能團含量，使用N 2作為解吸和吹掃氣體，并降低MEK濃度可以有效地抑制MEK氧化以產生BDO。此外，使用N 2的不同方法，例如應用到改性活性炭上，降低MEK的進料濃度，可以同時施加，以達到高抑制效果。盡管這些方法在抑制BDO濃度方面表現出令人滿意的效果，但活性炭吸附性能可能受到影響。這期的實驗結果是改性后的活性炭能在回收或加工酮基VOC方面的應用。

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