1. 研究目的与意义
大多数工业在生产运行中，会产生挥发性有机化物（VolatileOrganicCompounds简称VOCs）。VOCs是大气污染物的主要成分之一，对人体和环境均会产生严重的影响。在人体健康层面，醇类可对人体神经系统产生抑制作用，丙烯醛对人体黏膜有强烈的刺激性，苯及其衍生物会对人体造血功能产生巨大的危害。在环境污染层面，VOCs是引起全球变暖的主要原因之一，其中聚氯甲烷最具代表性，在100年期间内聚氯甲烷的全球变暖潜能值是CO2的10~1800倍。VOCs还是造成光化学烟雾和雾霾现象的前驱体,同时氮氧化物和硫氧化物形成的硝酸盐和硫酸盐可与VOCs形成的有机气溶胶结合，产生雾霾现象。
工业有机废气处理往往浓度低、风量大，无论是回收还是消除技术，都需要对于有机废气进行浓缩处理。而吸附材料会将大风量低浓度的有机物固定在吸附剂的表面，然后通过升温、降压等方式将有机物从吸附剂上脱除，吸附剂得到再生，可以重复利用。工业废气处理常用的吸附材料有活性炭、分子筛、树脂等。
本课题将对活性炭吸附工业产生VOCs的处理效果及其活性炭基础性能进行研究和探讨。
2. 课题关键问题和重难点
课题拟解决的问题：
1.通过优化工艺，缩短脱附时间，有效控制脱附高峰浓度；
2.设置活性炭疏水改性实验。活性炭的吸附性能主要由其特殊的表面结构特性和化学特性所决定，水分子在活性炭纤维表面聚集形成水分子簇，阻止有机污染物进入分子孔道内；
3. 国内外研究现状（文献综述）
挥发性有机化合物种类繁多，随着工业文明的发展，越来越多的有机化工产品被开发并应用到生活当中。VOCs来源广泛，其主要污染源可以简单地划分为工业源和生活源两类。VOCs的主要工业来源，包括石油化工、煤炭加工、油类储运销售、涂料、油墨、胶粘剂、农药等以VOCs为原料的生产行业，涂装、印刷、粘合、工业清洗等含VOCs产品的使用过程；生活源包括建筑装饰装修、餐饮服务和服装干洗等各个行业。同时挥发性有机化合物会造成环境的污染及人类健康的损坏，加强对VOCs排放的治理力度，不仅可以实现资源和能源的回收利用，而且可以改善生态环境，保护自然，为人类提供更加安全的生存环境。挥发性有机物的污染防控一直备受重视，并作为建设项目环境影响评价的重要指标。根据近几年生态环境部门发布的重点行业VOCs综合治理的政策文件及排放标准，生产运行中产生的VOCs废气的治理技术选取及排放标准限值要求逐渐严格。
吸附法是目前气体净化技术中最早最常用的技术之一，同时也是我国目前工业源VOCs治理的主流技术之一，也是近年来一直研究和探讨的热点课题。吸附分离适用于低浓度混合物的高效分离与回收，净化效率高、设备简单、操作方便，且能实现自动化。不足之处是吸附容量受限，不适于处理高浓度有机气体，往往与冷凝、燃烧等技术集成使用。目前广泛应用的VOCs吸附剂包括活性炭、沸石分子筛、活性氧化铝、硅胶、树脂、矿物黏土、有机金属骨架等。由于活性炭具有发达的孔结构、巨大的比表面积、稳定的物化性质、良好的吸附能力，且经济适用、易得，是现阶段最具有工业应用意义的吸附剂之一。活性炭根据原料可以分为煤质炭和木质炭，根据形态可以分为破碎炭、颗粒炭、蜂窝活性炭以及活性炭纤维。
纤维状活性炭是近年来出现的新型活性炭吸附材料,它是利用超细纤维粘胶丝、酚醛纤维或者晴纶纤维等制成毡状、绳状或布状，经高温炭化及活化制得具有丰富微孔结构的活性炭纤维。活性炭纤维的微孔范围在0.5-1.4 nm，细孔均匀整齐,与常规活性炭微孔吸附作用需要通过中孔和大孔过渡不同，活性炭纤维的微孔可以直接通向外表面，因此有机物吸附和脱附的效率都比较高，再生残留量少，使用寿命较久。
4. 研究方案
活性炭纤维的吸附性能主要由其特殊的表面结构特性和化学特性所决定，水在活性炭纤维表面的吸附主要与活性炭纤维表面的含氧官能团有关，如羧基，水分子容易与其结合生成氢键优先吸附，覆盖了活性炭纤维表面的吸附点位，水分子在活性炭纤维表面聚集形成水分子簇，阻止有机污染物进入分子孔道内。惰性气体下通过热处理可以减少炭纤维表面的含氧官能团，增强活性炭纤维的疏水性，此种方法往往需要较高的温度，二次处理能耗较高；还原改性也可以减少活性炭纤维表面的亲水点位，但是改性过程会消耗大量的化学试剂，造成二次污染。在活性炭纤维材料表面制备疏水防护层，是改善其亲水性的重要途经。
1．活性炭纤维的疏水改性实验
采用气相沉积的方法将环五聚二甲基硅氧烷（简称D5）负载在活性炭纤维的表面，将装有活性炭纤维的不锈钢反应器置于加热炉中，鼓泡瓶中添加D5和乙醇的混合溶液，用氮气鼓泡并稀释，携带一定量的D5蒸气至反应器中，采用合适的配气比将D5控制在较低的浓度，在250℃下将其沉积在活性炭纤维表面形成疏水涂层，通过调整反应时间来控制D5的沉积量，反应前的活性炭纤维标记为ACF-0，改性处理后的活性炭纤维沉积时间为0.5、1.0、2.0、4.0 h，分别标记为ACF-0.5、ACF-1、ACF-2、ACF-4。
5. 工作计划
（一）准备阶段1.2022年11月1日至11月30日，查阅收集文献资料，实际研究思路，确定论题，准备开题报告。2.2022年12月1日至2023年2月4日，整理文献资料，完成任务书及开题报告。3.2023年2月5日至2023年5月，再次查阅文献，完成实验研究，记录分析实验数据，总结实验结果。（2）撰写阶段1.2023年2月5至2月15日，思考论文整体框架，确定论文提纲。2.2023年2月16日至3月，撰写论文初稿，交由指导老师进行修改评定。3.针对问题指导老师意见进行论文修改，提交论文终稿。4.准备答辩。（三）答辩阶段按照学院公布时间进行答辩。
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