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活性炭空氣過濾器

發(fā)布時間:2011-01-24 00:00:00  瀏覽:146

隨著現(xiàn)代生活方式的改變, 城市人們在室內(nèi)停留的平均時間已經(jīng)占全天時間比例的 90%左右, 室內(nèi)空氣品質(zhì)日益受到重視。為了清除室內(nèi)空氣中對人體有害物質(zhì), 通風是一種非常有效的方法, 但是, 室外大氣污染日益嚴重, 有時甚至比室內(nèi)空氣更加不衛(wèi)生, 另外, 室內(nèi)外空氣交換需要大量的能源消耗, 因此, 用適當?shù)那鍧嵖諝庵脫Q室內(nèi)的污染空氣才是更加合理的途
徑。目前普遍使用的空氣過濾器只是過濾灰塵, 大多不具備清除有害氣體和細菌的功能, 成功分離低濃度的氣態(tài)污染物和細菌對改善室內(nèi)空氣品質(zhì)至為重要。
     活性碳纖維對室內(nèi)氣態(tài)污染物具有很好的吸附性能, 將活性碳纖維過濾器應用于民用建筑空調(diào)系統(tǒng)中, 在新風量不變的條件下, 能使室內(nèi)空氣得到更全面的凈化。本文采用分光光度法測定, 對平板式、折疊式、旁通式三種結(jié)構的過濾器分別對甲醛、氨氣的吸附性能進行了比較研究。
    1 活性炭纖維的比表面積和孔徑分布
     與粒狀活性炭 GAC( Granular Activated Carbon) 相比, 活性炭纖維 ACF( Activated Carbon Fiber) 在吸附性能方面更具備優(yōu)點[4]:
     ( 1) 吸附量大。ACF 對有機蒸汽有較大的吸附量,對一些惡臭物質(zhì), 如正丁基硫醇等吸附量比 GAC 大幾倍到幾十倍, 對無機氣體, 如 NO2、SO2、H2S、NH3、CO、CO2、HF、F2 等有很好的吸附能力。而且, 對微生物、細菌也有優(yōu)良的吸附能力, 如對大腸桿菌和
Sccharamyees revisiate 的吸附率可達 94% ̄99 %。
     ( 2) 對低濃度吸附質(zhì)的吸附能力特別強。即使對ppm 數(shù)量級吸附質(zhì)仍具備很高的吸附量, 而 GAC 等吸附材料往往在低濃度時吸附能力大大降低。
   ( 3) 吸附速度快。對氣體的吸附一般能在數(shù)十秒或數(shù)分鐘內(nèi)達到吸附平衡, 如 ACF 對碘的吸附量只需幾十秒便達到平衡, 而 GAC 則需要 104 ̄105s, 二者相差2 ̄3 個數(shù)量級。
    吸附劑的孔徑分布與孔隙結(jié)構對吸附性能有著重要影響, 決定了比表面積大小、吸附容量以及吸附質(zhì)組分的選擇分離性能。求吸附質(zhì)比表面積的方法有多種,如 BET 法、一點法、 點法等, 本文采用 BASIC 語言編 B寫了 ACF 的比表面積和孔徑分布計算程序, 運用 BET法求比表面積 SA, 采用圓孔等效模型求纖維的孔徑分布[5]。
    在這里, 某種 ACF 樣品質(zhì)量為 0.98g, 實驗溫度為77.35 K, 方法是在裝有樣品的真空容器中, 充入氮氣, 并不斷測量容器中的氮氣壓力和 ACF 樣品的質(zhì)量變化, 吸附過程與解吸過程的實驗數(shù)據(jù)如圖1所示, 孔徑分布計算結(jié)果如圖 2 所示, 比表面積的計算結(jié)果為: SA=1224.806m2/g, 單分子飽和吸附量 Vm =275.3004cm3/g 。  
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       上述數(shù)據(jù)表明, 實驗用 ACF 微孔( r<10 A) 豐富,中孔( 10 A<r<250 A) 、大孔( r>250 A) 極少, 微孔分布呈單分散形, 在 r = 7A時孔體積大, 能達到 0.2261 ml/( g·A) 。另外, 解吸曲線與吸附曲線非常貼近, 說明孔的形狀也極其規(guī)則。這些特點對 ACF 吸附祛除低濃度、小分子氣態(tài)污染物非常有利。
      2 ACF 過濾器的實驗研究
      2.1 ACF 過濾器的樣品制作
                   
                   2.jpg      

選用的ACF 材 料 的 基本技術參數(shù)如表1所示,從上述靜態(tài)吸附實驗來看, 其吸附性能良好。
       在設計過濾器時, 應盡量增大吸附接觸面積,這有利于提 高 吸 附 性 能和降低阻力。為了對不同結(jié)構的 ACF 過濾器進行綜合比較, 制作了三
種結(jié)構形式的過濾器, 即: 平板式、旁通式、折疊式, 其主要結(jié)構參數(shù)如表 2 所示。
     2.2 ACF 過濾器的實驗研究
    ACF 過濾器吸附性能測試參照文獻[6 ̄8]所述方法進行, 因為測試方法和程序比較成熟, 過程敘述比較繁復, 具體的實驗過程這里不再贅述。
     測試氣體選用氨氣和甲醛蒸氣, 氨氣有強刺激性氣味, 以此檢驗過濾器驅(qū)除異味的能力; 而甲醛本身就是室內(nèi) VOCs 的典型代表; 另外, 這兩種氣體的發(fā)生相對來說比較容易, 測試方法也比較成熟。ACF 過濾器的吸附效率受多種因素的影響, 如溫度、相對濕度、氣流速度、污染物濃度等。此次測試主要確認氣態(tài)污染物的濃度、氣流速度對吸附過程的影響情況, 同時也獲得三種過濾器的吸附效率、阻力特性比較。
     三種過濾器對甲醛蒸氣的吸附效率比較如圖 3 所示, 測試過程中, 風量控制在( 150±5.0) m3/h 范圍內(nèi)波動, 甲醛蒸氣初始濃度控制在( 25±3) ppm 范圍內(nèi)。
     可見, 初始效率高的是折疊式過濾器( 69.3%) ,其次是平板式過濾器( 56.2%) , 低的是旁通式過濾器( 29%) , 從初始效率來看, 三種過濾器對甲醛的吸附效率都不是很高。折疊式過濾器的吸附效率下降得比
    另外兩種過濾器都要快得多, 原因是它裝填的活性炭材料相對其它兩種過濾器要少, 分別為平板式的59%, 旁通式的 42%。
     三種過濾器對氨氣的吸附效率比較如圖 4 所示,測試過程中, 風量控制在( 150±5.4) m3/h 范圍內(nèi)波動,氨氣初始濃度控制在( 25±2.6) ppm 范圍內(nèi)。
     可見, 初始效率高的仍然是折疊式過濾器89.2%) , 其次是平板式過濾器( 82.4%) , 低的是旁通式過濾器( 36.9%) , 從初始效率來看, 三種過濾器對氨的吸附效率比較對甲醛的吸附效率高, 說明 ACF 過濾器的吸附性能具有一定的選擇性。
     對三種過濾器在不同迎面風速下的阻力進行了測試, 并用指數(shù)方程進行擬合, 擬合曲線如圖 5 所示。可專題研討
                 4.jpg                  
                 
     旁通式阻力小, 折疊式阻力大, 平板式次之。
     采用濾膜稱重法對三種過濾器的除塵效率進行測試如表3)。模擬塵使用滑石粉,采樣流量為10L/min,采樣時間為5min??梢姡N過濾器的除塵效率相

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