[发明专利]一种活性碳纤维原位再生方法

说明书

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。

技术背景

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0.5-1.4μm，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100～200Hz，电晕电极与接地电极之间的电场强度为5～7.5kV/cm，再生时间为2～5min。

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。