氣態(tài)氨通常從幾個(gè)來(lái)源包括化肥工業(yè)，廢水處理廠，農(nóng)業(yè)廢料，動(dòng)物飼養(yǎng)，奶制品/家禽業(yè)，堆肥設(shè)施，汽油車(chē)以及從特定化學(xué)工業(yè)?？紤]到空氣污染和對(duì)環(huán)境的影響，也有很多技術(shù)已被用于除去氣態(tài)氨，比如生物過(guò)濾器，催化體系生物處理，洗滌器或者納米技術(shù)等。這次我們要使用活性炭類(lèi)吸附技術(shù)來(lái)處理氨氣的排放。

　　顆粒活性炭的生產(chǎn)

　　使用專(zhuān)業(yè)的切刀將果殼其縮小到1–1.2毫米。然后使用化學(xué)活化工藝將各個(gè)果殼顆粒轉(zhuǎn)化為活性炭。對(duì)于初始浸漬步驟，首先將原材料在100°C的烤箱中干燥。然后按特定的浸漬比混合，將該混合物放置過(guò)夜以進(jìn)行浸泡。然后將各混合物移至炭化活化爐中進(jìn)行加工。出來(lái)的產(chǎn)品使用高純水進(jìn)行洗滌，過(guò)程直到洗滌水的pH達(dá)到接近中性。接著使用標(biāo)準(zhǔn)烘箱在110℃下干燥所得產(chǎn)物，然后進(jìn)行過(guò)篩機(jī)以獲得約1mm的活性炭顆粒。

　　氣態(tài)氨動(dòng)態(tài)吸附研究

　　動(dòng)態(tài)吸附研究使用臺(tái)式實(shí)驗(yàn)裝置完成。圖1a提供了用于氨氣動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)的各個(gè)裝置的布局。它由以下主要獨(dú)立組件組成：氨氣標(biāo)準(zhǔn)氣瓶，高純度空氣供應(yīng)單元，通過(guò)一系列控制氣體流量和氣體濃度的閥門(mén)將氣源與活性炭塔連接的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，活性炭塔和氨氣分析儀。包含所產(chǎn)生的活性炭(使氨氣連續(xù)通過(guò)的塔)的塔由氟化乙烯丙烯管制成，其內(nèi)徑為6.35 mm，外徑為7.938 mm。首先在塔的底部提供惰性支撐，然后填充顆?；钚蕴?，然后在頂部填充相同的惰性材料。使用分離/專(zhuān)用的標(biāo)準(zhǔn)流量控制器。此后，將高純度空氣源和氨氣標(biāo)準(zhǔn)液的連續(xù)流混合(以特定的流速)，以實(shí)現(xiàn)所需的進(jìn)料氣態(tài)氨氣濃度(用于吸附實(shí)驗(yàn))。

　　圖1：用于動(dòng)態(tài)連續(xù)氨氣流量吸附實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置。

　　氨氣濃度的影響

　　我們進(jìn)行了一組實(shí)驗(yàn)以評(píng)估進(jìn)水氨濃度對(duì)其基于吸附的去除的影響。為此，使用6 cm和8 cm的活性炭色譜柱，在不同的進(jìn)水氣態(tài)氨濃度下進(jìn)行了幾次實(shí)驗(yàn)。對(duì)于8 cm活性炭色譜柱，初始實(shí)驗(yàn)在2.5至7.5 ppmv的氣態(tài)氨氣之間進(jìn)行。分別在1.1和2.2 L/min的氣體流速下的各自發(fā)現(xiàn)顯示在圖2a，b中。顯然，隨著進(jìn)水氨濃度的逐漸降低，突破點(diǎn)也向更長(zhǎng)的時(shí)間轉(zhuǎn)移。例如，圖2中的結(jié)果a顯示以下突破趨勢(shì)：1295分鐘(2.5 ppmv)>712分鐘(5 ppmv)>532分鐘(7.5 ppmv)。此外，各個(gè)實(shí)驗(yàn)的排氣時(shí)間值還顯示出在較低氣態(tài)氨濃度下的較長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，即4000分鐘(2.5 ppmv)>2312分鐘(5 ppmv)>1574分鐘(7.5 ppmv)。此外，圖2中的吸附趨勢(shì)通常顯示出較寬的吸附穿透曲線，表明傳質(zhì)區(qū)(MTZ)的長(zhǎng)度相對(duì)較大。這與苯在活性炭上的吸附有所不同，后者表現(xiàn)出明顯的穿透曲線。對(duì)于氨而言，這種不同的趨勢(shì)可能歸因于可以與表面酸性基團(tuán)相互作用的氨部分的基本性質(zhì)。進(jìn)入的氣態(tài)氨的增加及其從整體氣相到GAC表面的轉(zhuǎn)移將啟動(dòng)GAC表面吸附位點(diǎn)(包括孔中的那些位點(diǎn))更快的消耗。由于各自的表面吸附位點(diǎn)是固定的和有限的，因此預(yù)計(jì)在較高的進(jìn)水氨濃度下，較早的突破以及較早的耗盡將逐漸發(fā)生。

　　圖2：進(jìn)水氨氣濃度對(duì)活性炭上氨氣吸附突破曲的影響。

　　氨氣流量的影響

　　本研究還使用基于數(shù)據(jù)坑的活性炭研究了氣體流速對(duì)氨吸附的影響。圖3提供了1.1至3.3 L/min的氣體流速的相應(yīng)結(jié)果。通常，氨氣流量的逐漸增加也會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的穿透時(shí)間和排氣時(shí)間響應(yīng)逐漸減少(圖3)。例如，流量為1.1、1.65、2.2和3.3 L/min時(shí)的突破時(shí)間分別為712、383、272和197 min(圖3)。因此，較高的突破時(shí)間值在較低的氨氣流速下蒸發(fā)。此外，對(duì)于1.1、1.65、2.2和3.3 L/min流量研究，還分別記錄了2312、1673、1315和1213分鐘的排氣時(shí)間。這類(lèi)似于上述突破時(shí)間趨勢(shì)，可以解釋如下。在較低的流入氣體流速下，氨分子從氣相到活性炭表面的傳質(zhì)速率也相對(duì)較小。因此，與較高氣體流速下的活性炭表面部位相比，單位時(shí)間內(nèi)所占據(jù)的活性炭表面部位也更少，產(chǎn)生更高的穿透時(shí)間和耗竭時(shí)間響應(yīng)(圖3)。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于實(shí)際應(yīng)用尤其重要。

　　圖3：進(jìn)水氨/氣體流量對(duì)活性炭吸附的影響。

　　我們研究了活性炭在處理氣態(tài)氨中的應(yīng)用，以及進(jìn)水氣體流速，氣體濃度和活性炭柱長(zhǎng)(床深)對(duì)氨氣吸附的影響。結(jié)果表明，活性炭在一組不同的工藝條件下成功處理了氣態(tài)氨。各自的發(fā)現(xiàn)表明，增加的穿透/排氣時(shí)間隨著進(jìn)水氨的減少和活性炭床深度的增加而增加。在當(dāng)前情況下，氣態(tài)氨吸附的較寬的穿透曲線表明傳質(zhì)區(qū)(MTZ)的長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，這表明應(yīng)提供更長(zhǎng)的活性炭色譜柱長(zhǎng)度，以避免早期穿透，以實(shí)現(xiàn)良好的實(shí)際應(yīng)用?？傊?，當(dāng)前工作的結(jié)果表明，活性炭可以成功地用于處理氣態(tài)氨的排放，并在許多行業(yè)中具有潛在的應(yīng)用前景。