一种转动低温等离子体改性活性炭吸附剂的装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于等离子体改性活性炭吸附剂的制备技术领域，具体涉及一种转动低温等离子体改性活性炭吸附剂的装置及其方法。
【背景技术】
[0002]甲烷的温室效应是0)2的21倍，对大气臭氧层的破坏能力为CO 2的7倍，甲烷排入大气对大气环境的破坏，已经成为全世界共同面临的重大环境问题。自20世纪70年代以来，中国政府加强了对环保工作的力度，颁布并采取了一些防治有机废气的政策和措施，以减少有机废气的排放，并收到了一定的效果。但从总体来看，大气环境污染和破坏还没有完全被控制。目前，我国年排放VOCs约1800万吨，《重点区域大气污染防治“十二五”规划》更是提出，“十二五”期间将针对煤炭、石化、污水处理厂、有机化工、合成材料、化学药品原药制造、塑料产品制造、装备制造涂装等重点行业，完善VOCs的污染防治体系，以期达到改善空气质量和污染减排的目的。由此可见，中国的环境保护仍任重而道远。
[0003]甲烷是有机废气中最常见的小分子有机物。变压吸附(PSA)是目前有机废气工业化应用的主要方法之一，吸附剂则是变压吸附技术分离效果的关键因素。许多研宄n2、co2、014和02在活性炭上的吸附平衡的实验结果表明:活性炭对甲烷具有优先吸附的性能。为了提高活性炭对CH4的吸附量，采用低温等离子体改性的办法，改变活性炭表面的表面官能团，提高队/014的分离系数和常压穿透时间。
[0004]低温等离子体表面处理技术是最新应用于炭材料改性的一种新方法，它既能改变炭材料表面的化学性质，又能控制材料的界面物性，在炭材料改性方面表现了巨大的潜力和应用前景。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种转动低温等离子体改性活性炭吸附剂的装置及其方法，操作简单、环境友好、经济，可用于大规模生产。
[0006]为了达成上述目的，本发明的解决方案是:
一种转动低温等离子体改性活性炭吸附剂的装置，包括石英管反应器、履带、电机、接地线圈、接地支架和电晕线，电机传动于履带，履带绕在石英管反应器上，石英管反应器的两端具有进气口和出气口，进气口中借助密封轴承安装进气管的接头，石英管反应器的中间为放电区，放电区穿插在接地线圈中，接地线圈的直径大于石英管反应器的外径，接地线圈架设在接地支架上，石英管反应器的放电区内部借助转动轴承架设电晕线，电晕线由石英管反应器出气口穿出并与交流电源连接。
[0007]所述低温等离子体改性装置为均匀转动装置。
[0008]所述出气口安装出气管的接头，出气管的接头中心开设电晕线孔。
[0009]所述石英管反应器内径Φ40-49πιπι，电晕线直径Φ0.8mm，接地线圈以间隔I?1.5cm绕胆在石英管反应器上，电机每分钟6?7转。
[0010]一种转动低温等离子体改性活性炭吸附剂的方法，步骤如下:
第I步，对活性炭进行预处理，去除活性炭中的粉末、水分和油类物质或改变表面的化学性质，用去离子水洗涤，酸碱洗涤，抽滤5min，105°C干燥3小时；
第2步，取1g的活性炭放入石英管反应器的放电区并平铺于底部，挂上履带，开动电机转动反应器，经过转动分散来达到均匀改性；
第3步，从石英管反应器的进气口通入50ml/min的反应气氛，保持通气4~5min，调节电压(15KV~25KV)、频率(100Hz~300Hz)和放电时间(5min~15min)，即得到用于浓度为0.2%CH4气体的高效吸附剂。
[0011 ] 所述第I步中的活性炭使用前进行筛选，使其粒径在10~16目，使其在实际应用中具有更小的压力损失。
[0012]所述第3步中反应气氛为99.9%的N2、空气或99.9%的0)2等，使活性炭吸附剂在不同的气氛下转动低温等离子体改性更均匀。
[0013]采用上述方案后，本发明的优点在于:
一、本发明原料价廉，制备条件成熟，操作简单，因此易于推广产业化和市场化；
二、整个过程不影响材料的体相结构，作用时间短(几到十几分钟)，效率高；
三、得到低温等离子体改性的活性炭吸附剂为颗粒状，吸附分离效果得到提高；
四、本发明属于干式工艺，无需进行废液处理，成本较低，整个生产过程几乎无污染，符合可持续发展的要求，是一种新型环保工艺。
[0014]总之，本发明操作简单，工艺简单，得到吸附剂为颗粒状，能提高吸附剂的穿透时间和014吸附量。本发明属于干式工艺，在生产过程中几乎无污染，环境友好、经济，可用于大规模生产，符合可持续发展的要求，是一种环保型生产工艺。本发明的产品能够有效用于0.2%浓度的CH4气体。
【附图说明】
[0015]图1为本发明装置的整体装配图；
图1A为图1的A-A剖视图；
图2为本发明实施例1中活性炭原样的扫描电镜图；
图3为本发明实施例1中所得20KV/200Hz/15min/N2气氛下产品的扫描电镜图；
图4为本发明实施例2中所得25KV/100Hz/15min/空气气氛下产品的扫描电镜图；
图5为本发明实施例3中所得20KV/100Hz/10min/C02气氛下产品的扫描电镜图；
图6为本发明实施例1、实施例2和实施例3中所得产品与原样傅里叶红外光谱比较图；
图7为本发明实施例1、实施例2和实施例3中所得产品与原样CH4、N2常温变压吸附曲线比较图；
图8为本发明实施例1、实施例2和实施例3中所的产品与原样常温常压穿透曲线比较图。
[0016]标号说明
石英管反应器1，进气口 11，出气口 12，进气管13，密封轴承14，电晕线孔15，出气管16，履带2，电机3，接地线圈4，接地支架5，绝缘材料51，电晕线6，转动轴承61，交流电源 I。
【具体实施方式】
[0017]如图1和图1A所示，本发明揭示的一种转动低温等离子体改性活性炭吸附剂的装置，主要包括石英管反应器1、履带2、电机3、接地线圈4、接地支架5和电晕线6。
[0018]电机3传动于履带2，履带2绕在石英管反应器I上，电机3通过履带2带动石英管反应器I旋转，电机3提供石英管反应器I转动动力。
[0019]石英管反应器I的两端具有进气口 11和出气口 12。进气口 11中借助密封轴承14安装进气管13的接头，以保证气密性和进气管13不随石英管反应器I转动，石英管反应器I的中间为放电区，放电区穿插在接地线圈4中，接地线圈4的直径大于石英管反应器I的外径，接地线圈4架设在接地支架5上固定，以保证接地线圈4不与石英管反应器I转动。本发明接地支架5的底部还安装绝缘材料51，防止接地支架5与地连接形成通路。石英管反应器I的放电区内部借助两个转动轴承61架设电晕线6，使放电区能够保证气体的流通性和电晕线6不随石英管反应器I转动，电晕线6由石英管反应器I出气口 12穿出并与交流电源7连接。出气口 12安装出气管16的接头，出气管16的接头中心开设电晕线孔15。
[0020]该装置通过转动电机提供动力，使低温等离子体装置转动改性活性炭颗粒，来达到均匀改性的目的。其中，等离子体被称为物质的第4种形态，由大量的高能电子