专利名称：一种活性碳纤维原位再生方法
技术领域：
本发明涉及一种活性碳纤维的再生方法，特别是用于处理气态污染物的 活性碳纤维再生。
背景技术：
活性碳纤维是一种较新型的高效吸附剂。它是用超细的活性炭微粒与各 种纤维素、人造丝、纸浆等混合制成的各种形态的纤维活性炭。微孔范围在
0.5-1.4|im，比表面积大。对各种无机和有机气体、水溶液中的有机物、重金 属离子等具有较大的吸附量和较快的吸附速率，其吸附能力比一般的活性炭 高1-10倍，特别是对一些恶臭物质的吸附量比颗粒活性炭要高出40倍左右。 目前主要用于气相吸附，是具有重要商业价值的吸附剂。
活性碳纤维吸附饱和后需再生循环使用。现有的再生方法主要包括加热 再生、减压再生、吹扫再生、置换再生和溶剂萃取再生等。加热再生法是指 将吸附饱和的吸附剂加热，随着吸附剂温度升高，分子运动加快，平衡吸附 量减少，大部分吸附质就从吸附剂上脱附出来的方法。加热介质多为水蒸气， 也可为热空气。加热再生多用于非极性吸附剂的脱附，如活性炭吸附净化有 机溶剂蒸气后，既可采用此种方式脱附，并可回收有机溶剂。减压再生法是 指减低饱和吸附剂周围气体的压力，使吸附质从吸附剂上脱附出来的方法。 减压再生适合于变压吸附操作且平衡吸附量随吸附质分压为线性关系的场 合。该方法需变压操作，且动力消耗大，因而在气态污染物的吸附净化中采 用较少。吹扫再生是指用不被吸附的气体(惰性气体)吹扫饱和吸附剂床层， 并将脱附出来的吸附质带走的再生方法。这种再生方法脱附程度差，且吹扫 气体中吸附质浓度较低，回收困难。因此，该方法一般不单独使用。置换再 生是指选择合适的气体(脱附剂)，将吸附质置换与吹脱出来的方法。这种方 法需加一道工序，即脱附剂的再脱附，以使吸附剂恢复吸附能力。该法适用 于对温度敏感的物质。溶剂萃取再生是指选择合适的溶剂，使吸附质在该溶 剂中的溶解性能远大于吸附剂对吸附质的吸附作用，将吸附物溶解下来的方法。
以上再生方法均不同程度地存在着以下几点不足(1)再生过程中炭损 失往往较大；(2)再生后活性炭纤维吸附能力会有所下降；(3)再生时产生 的尾气如果处理不当会造成二次污染。
发明内容
针对以上再生方法的不足，本发明提供一种等离子体原位再生方法，该 方法再生效率高，炭损失量低，无二次污染。
为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。首先在吸附装置内设置 电晕电极和接地电极，并使活性炭纤维置于电晕电极和接地电极之间；然后 将电晕电极与交流电源相连，电晕电极和接地电极之间的电场使吸附装置内 产生等离子体，等离子体振荡和电风作用将吸附质从活性炭纤维上振脱或吹 脱下来；达到预先设定的再生时间后，将电晕电极与交流电源断开，再生结 束。
所述的交流电源的频率为100~200 Hz，电晕电极与接地电极之间的电场 强度为5~7.5 kV/cm，再生时间为2~5 min。
本发明是利用低频交流电源在吸附装置内产生等离子体，等离子体振荡 和电风作用将吸附质从活性炭纤维上振脱或吹脱下来，同时等离子体释放的 热量为吸附质脱附提供脱附热。脱附后的气态污染物分子与放电产生的高能 电子、核电粒子、自由基以及臭氧发生化学反应，最终被降解为无害气体排 出，不产生二次污染。再生后的活性碳纤维保持了原有活性，可再次投入使 用。
本发明采用低温等离子体活性碳纤维原位再生方法，是因为等离子体具 有以下特点
1) 等离子体振荡作用。如果在等离子体的某一局部区域里瞬间出现了正 或负的空间电荷，那么这些电荷将开始振荡。等离子体振荡是由等离子体中 粒子群的相互作用形成的有组织的集体运动。吸附在活性碳纤维上的气态污 染物分子会在等离子体振荡的作用下，从微孔中振出，实现脱附。
2) 电风作用。在外加电场强度特别高的情况下，空气发生电离。由于同种电荷互相排斥，导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般来说分布是 不均匀的，这使得空气中残存的少量离子发生加速运动。这些被加速的离子 与空气分子相碰撞后，使更多的空气分子电离，形成电子雪崩。高速运动的 电子与核电粒子会使其周围的空气发生气流扰动，进而形成电风，电风可将 部分吸附在活性碳纤维上的气态污染物分子吹脱出来，实现脱附。
3) 等离子体放热作用。按等离子体的热力学平衡状态，等离子体可分为 完全热力学平衡等离子体、局部热力学平衡等离子体和非热力学平衡等离子 体。非热力学平衡等离子体也称冷等离子体或低温等离子体，此类等离子体
内部电子温度很高，可达上万开尔文，而离子及气体温度保持在300~500K， 从而形成热力学上的非平衡性。本发明采用的是低温等离子体技术，但即使 是低温意义下的等离子体，当放电时间足够长时，仍然能使电场中达到 450 500K的较高温度，从而为脱附提供充足的脱附热。
4) 等离子体降解作用。等离子体具有降解污染物分子的作用，其机理如 下其一，由电场产生的电子直接和污染物分子碰撞，从而使污染物分子电 离、解离和激发；其二，各种活性基团和污染物分子之间发生化学作用，这 些活性基团主要包括OH、 H02和O原子，它们和污染物分子之间发生一系列 的化学反应，形成C02和H20等对环境无害的物质。
本发明低温等离子体活性碳纤维原位再生方法与现有方法比较具有以下 显著进步-
1) 再生效率高。在电场场强5-7.5kV/cm，放电频率100-250Hz的范围内， 再生效率达99.5%以上；
2) 活性碳纤维再生炭损失量低。在最佳运行参数下，再生炭损失低于
0.2%;
3) 再生后吸附活性不降低。实验证明，经本方法多次再生后的活性碳纤 维可保持原有吸附活性；
4) 污染物原位降解，不需附加脱附气体处理装置，工艺简单，操作方便， 不产生二次污染。
图1是本发明中电源频率对活性炭纤维再生效果的影响
图2是本发明中电场强度对活性炭纤维再生效果的影响 图3是本发明中再生时间对活性炭纤维再生效果的影响 图4是本发明的再生装置结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明-
吸附装置的具体结构如图4所示，包括壳体15、顶盖8、由多孔外筒7 和多孔内筒5围成的环形吸附剂筒、设置在环形吸附剂筒内的活性碳纤维6。 顶盖8与壳体15通过法兰相连接，吸附剂筒设置在壳体15内，活性炭纤维6 设置在吸附剂筒内。
首先在吸附装置内设置电晕电极和接地电极，并将活性炭纤维置于电晕 电极和接地电极之间，具体为将壳体15和顶盖8处的连接法兰打开，将电 晕电极12设置在吸附剂筒的中轴线上，接地电极13固定在壳体15的内壁上， 绝缘内衬14置于接地电极13和壳体15之间。
然后将电晕电极与交流电源9相连，电晕电极和接地电极之间的电场使 吸附装置内产生等离子体，等离子体振荡和电风作用将吸附质从活性炭纤维 上振脱或吹脱下来。达到预先设定的再生时间后，将电晕电极与交流电源断 开，再生结束。
交流电源的频率为100-200 Hz (赫兹)，电晕电极与接地电极之间的电场 强度为5~7.5 kV/cm (千伏/厘米)，再生时间为2 5min (分钟)。 按照上述方法，作了如下实验
等离子体由低频交流电源通过电晕放电发生，电源频率在50~500Hz范围 内连续可调，电场强度通过电源电压控制在4 8kV/cm范围内连续可调。实施 例中采用等离子体技术对吸附硫化氢的活性炭纤维进行再生，改变放电频率、 电场强度和再生时间，以取得最佳再生效果的工艺参数。图1为电源频率对 活性炭纤维再生效果的影响，电场强度为7.5kV/cm,再生时间为2min，电源 频率分别为50Hz、 100 Hz、 150 Hz、 200 Hz和250Hz。随着频率的增加活性 炭纤维脱附率和炭损失率均增加。当频率为50Hz时，脱附率仅为63.5%,炭
6损失率为0.1%。当频率为100Hz时，脱附率为99.5°/。，炭损失率为0.3%。当 频率提高到250Hz时，脱附率增长很小，而炭损失率却增加到了2.7%。由此 可见电源频率控制在100Hz-200Hz范围内比较合理。图2为电场强度对活性 炭纤维再生效果的影响，频率固定在150Hz，再生时间为3min，场强分别为 4kV/cm、 5 kV/cm和7.5 kV/cm。随着场强的增加活性炭纤维脱附率和炭损失 率均增加。当场强为4kV/cm时，脱附率仅为46%，炭损失率为0.06%。当场 强为5kV/cm时，脱附率提高到99.5%，炭损失率为0.15%。当场强达到7.5 kV/cm时，脱附率保持不变，仍为99.5%，炭损失率也处于较低水平，仅增至 0.9%。由此可见电场强度控制在5 kV/cm 7.5kV/cm范围内比较合理。图3 为再生时间对活性炭纤维再生效果的影响，频率为150Hz，场强为5kV，再生 时间分别为lmin、 2min、 3min禾卩5min。随着再生时间的增加活性炭纤维脱 附率和炭损失率均增加。当再生时间为lmin时，脱附率为88%，炭损失率为 0.05%。当再生时间为2min时，脱附率提高到99%，炭损失率为0.15%。当 再生时间为5min时，脱附率为99.5%，炭损失率为0.5%。由此可见再生时间 控制在2min-5min范围内比较合理。
上述低频交流电源通过电晕放电所形成的等离子体是一种低温非平衡态 等离子体，其对脱附出来的气态污染物(如VOCs和恶臭气体等)具有很好 的分解效果，不产生二次污染，能够真正实现活性炭纤维的原位再生。
权利要求
1、一种活性炭纤维原位再生方法，其特征在于首先在吸附装置内设置电晕电极和接地电极，并使活性炭纤维置于电晕电极和接地电极之间；然后将电晕电极与交流电源相连，电晕电极和接地电极之间的电场使吸附装置内产生等离子体，等离子体振荡和电风作用将吸附质从活性炭纤维上振脱或吹脱下来，脱附下的气态污染物进而被分解为无害气体；达到再生时间后，将电晕电极与交流电源断开，再生结束。
2、 根据权利要求1所述的一种活性炭纤维原位再生方法，其特征在于所述 的交流电源的频率为100 200Hz，电晕电极与接地电极之间的电场强度为 5~7.5 kV/cm，再生时间为2~5 min。
全文摘要
本发明涉及一种活性碳纤维的再生方法，特别是用于处理气态污染物的活性碳纤维再生。具体是利用低频交流电源在吸附装置内产生等离子体。等离子体振荡和电风作用将吸附质从活性碳纤维上振脱或吹脱下来，同时等离子体释放的热量为吸附质脱附提供脱附热。脱附后的气态污染物分子与放电产生的高能电子、核电粒子、自由基以及臭氧发生化学反应，最终被降解为无害气体排出，不产生二次污染。再生后的活性碳纤维保持了原有活性，可再次投入使用。本发明具有再生效率高、再生时炭损失量低以及再生后吸附活性不降低等特点。
文档编号B01J20/30GK101549283SQ20091008295
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者何丽娟, 方宏萍, 坚 李, 李晶欣, 梁文俊, 涛 竹, 金毓峑 申请人:北京工业大学