一种利用臭氧氧化-电热脱附的活性炭纤维再生装置的制作方法

本发明属于废气治理领域，尤其涉及一种利用臭氧氧化-电热脱附的活性炭纤维再生装置。

背景技术

挥发性有机物(volatileorganiccompounds，vocs)是对人体危害极大的一类有机污染物。居室中的vocs超过一定浓度时，在短时间内会使得人们会感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力；长时间严重时则会造成人们会抽搐、昏迷，导致记忆力减退。诸多报道指出vocs伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统甚至会导致人体血液出问题，患上白血病等其他严重的疾病。为减少vocs污染源向环境排放，降低人类居住环境中的vocs含量，常用的做法之一是通过有效的吸附方法将vocs组分选择性的吸附收集起来再做集中降解处理。而活性炭纤维是继活性炭粉末和活性炭颗粒之后发展起来的第三代活性炭吸附材料，具有比表面积大、孔隙率高、微孔丰富且孔径分布范围分布窄等诸多特点，被认为是一种极具发展潜力的高效吸附材料，在挥发性有机污染物吸附脱除工程中展示出广阔的市场前景。与其他吸附材料一样，活性炭纤维在吸附饱和后都需要进行脱附再生，从而循环利用。总体而言，活性炭纤维脱附再生饱和又分为两类，即热再生技术和非热再生技术。

其中，热再生是目前工业应用中使用最为广泛的再生技术。针对包括活性炭纤维在内的碳基吸附材料具有导电性能的特点，可以采用对其通电产生电阻热的方法，升高多孔吸附材料的温度，达到脱附污染物的目的，称之为电热脱附再生技术。近些年，很多相关研究者提出了多种热脱附再生技术改进方案。例如，中国发明专利cn101987275b提出了一种吸附-电热脱附回收挥发性有机化合物的方法及装置，该装置通电加热使以活性炭纤维为吸附材料的吸附筒体升温，并通入惰性气体，使得筒壁上吸附的vocs得以脱附,达到装置再生的目的。对于热脱附再生技术来说，提高脱附过程温度是增强其运行效率的直接手段。然而，单纯的提高脱附温度不仅大大增加了脱附再生工艺的能耗，过高的温度还会导致吸附剂的分解失效，这大大阻碍了电热脱附再生技术的发展。另外，单纯的脱附过程只能将vocs从吸附材料中分离出来，还需要在后续的工艺中做进一步的无害化降解处理，这也使得整个处理过程较为繁冗且能耗较高。

另一方面，臭氧氧化降解作为一种非热再生技术途径，也在沸石吸附剂等吸附材料的脱附再生方面得到了成功的应用。利用臭氧优良的氧化性能，可以对降解吸附剂表面所吸附的vocs直接氧化降解从而达到脱除的目的。因此，可以将臭氧催化降解引入活性炭纤维电热脱附再生工艺中，利用电热效应在脱附vocs的同时为臭氧降解vocs提供合适的活化温度；而臭氧氧化降解过程也降低了吸附剂纤维表面及多孔结构内的vocs浓度，强化了电热脱附的速度。从而通过氧降解-电热脱附的协同作用，在相对较低的脱附温度条件下，增强活性炭纤维多孔吸附材料的脱附再生效率。

技术实现要素：

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种利用臭氧氧化-电热脱附的活性炭纤维再生装置，目的在于解决现有技术中活性炭纤维多孔吸附材料脱附再生工艺的不足，且在相对较低的脱附温度条件下，实现vocs的原位降解处理，增强活性炭纤维多孔吸附材料的脱附再生效率，降低脱附工艺能耗。

本发明所采用的技术方案如下：

一种利用臭氧氧化-电热脱附的活性炭纤维再生装置，包括吸附管路以及脱附管路，所述吸附管路为待处理气体流量控制器、三向柱塞阀一、吸附床以及三向柱塞阀二依次连接；所述脱附管路为高压氧气瓶、氧气流量控制器、臭氧发生器、三向柱塞阀二、吸附床、三向柱塞阀一、压缩机、vocs回收槽以及臭氧脱除捕集装置依次连接；所述吸附床填充有吸附剂；所述吸附床上装有电压调节装置；

进一步，所述电压调节装置是在附床上下两端连接加热电源，加热电源再连接温度控制器，在吸附床中段安装有热电偶且热电偶连接温度控制器1；

进一步，所述吸附管路与脱附管路循环工作；通过调节吸附床两端的三向柱塞阀一与三向柱塞阀二实现附管路与脱附管路的工作的切换；

进一步，所述吸附剂为活性炭纤维；所述吸附剂上通过浸渍法负载有催化剂粉末；所述催化剂粉末为mno2/al2o3；

进一步，在吸附管路气体排出端装有气相色谱-质谱联用仪(gc-mc)，用于实时监测吸附床出口处的vocs组分浓度；

进一步，在脱附过程中，温度控制器接收热电偶监测的温度信息，调节吸附床两极电压，改变吸附床温度；脱附过程中，附床温度为80～180℃之间；氧气流量控制在0.1～0.5slpm之间。

本发明的有益效果：利用电热脱附和臭氧降解的协同作用对性炭纤维吸附材料进行再生处理，达到高效脱附再生的目的。通过电热脱附和臭氧降解的协同作用，实现vocs的原位降解处理，增强活性炭纤维多孔吸附材料的脱附再生效率。在相对较低的脱附温度条件下，降低电热脱附过程能耗损失，提高吸附剂材料的使用寿命。

附图说明

图1是本发明利用臭氧氧化-电热脱附的活性炭纤维再生装置；

其中，1-温度控制器，2-加热电源，3-待处理气体流量控制器，4-三向柱塞阀一，5-压缩机，6-吸附床，7-热电偶，8-vocs回收槽，9-臭氧脱除捕集装置，10-高压氧气瓶，11-流量控制器，12-臭氧发生器，13-气相色谱-质谱联用仪，14-三向柱塞阀二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种利用臭氧氧化-电热脱附的活性炭纤维再生装置，包括吸附管路以及脱附管路，所述吸附管路为待处理气体流量控制器3、三向柱塞阀一4、吸附床6以及三向柱塞阀二14，通过不锈钢管道气路依次连接；所述脱附管路为高压氧气瓶10、流量控制器11、臭氧发生器12、三向柱塞阀二14、吸附床6、三向柱塞阀一4、压缩机5、vocs回收槽8以及臭氧脱除捕集装置9，通过不锈钢管道气路依次连接；所述吸附床6填充有吸附剂；所述吸附床6上装有电压调节装置，电压调节装置是在吸附床6上下两端通过导线连接温度控制器1，在吸附床6中段安装有热电偶7且热电偶7连接温度控制器1；在吸附管路气体排出端装有气相色谱-质谱联用仪13(gc-mc)，用于实时监测吸附床出口处的vocs组分浓度。

结合本发明工作过程作进一步解释，利用本发明所述的一种利用臭氧氧化-电热脱附的活性炭纤维再生装置处理氮气与甲苯的混合气体利用鼓泡分离法将流量为0.2slpm纯氮气送入甲苯溶液中产生的氮气与甲苯的混合气体；先将该混合气体通入吸附管路，调节吸附床6底部和上部的三向柱塞阀一4和三向柱塞阀二14将活性炭纤维材料吸附床6与吸附管路联通，调节待处理气体流量控制器3控制混合气体流量为0.2slpm，通入吸附床6内；吸附床6内填充有通过浸渍法负载有mno2/al2o3催化剂的活性炭纤维吸附材料，使活性炭纤维表面负载一定催化剂的目的在于提高臭氧与vocs之间的氧化反应速度，增强vocs原位降解处理效率；通过吸附床6内部的吸附处理，将处理后的混合气排出，在气体排出口处设置气相色谱-质谱联用仪13(gc-mc)，利用气相色谱-质谱联用仪13实时监控流出吸附床的混合气体甲苯浓度值，当浓度值升高至不在变化时说明吸附床已经饱和，此时关闭气体流量控制器3，吸附流程结束。

随后进入脱附再生流程，调节底部三向柱塞阀一4和顶部三向柱塞阀二14将吸附床6与脱附管路联通，同时打开高压氧气瓶10，利用氧气流量控制器11将氧气流量控制在0.4slpm，开启臭氧发生器12，使进入的氧气转换为臭氧与氧气的混合气，同时启动压缩机5以及臭氧脱除捕集装置9等废气处理装置；利用热电偶7监测吸附床温度并反馈给温度控制器1，设定温度控制器1程序控制加热电源2的电压电压使吸附床6温度稳定在120℃，在脱附过程中，从吸附床6流出的混合废气经过压缩机5，压缩后冷却得到未能完全降解的vocs废液进入回收槽，剩余废气在进入臭氧脱除捕集装置进行无害化处理后排入大气。脱附过程中实时观测vocs回收槽8收集到的甲苯容量，当容量保持15min不变时认为脱附再生流程结束，关闭脱附流程各装置，准备进入下一个吸附流程，如此交替循环。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。