一種轉(zhuǎn)動低溫等離子體改性活性炭吸附劑的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于等離子體改性活性炭吸附劑的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)動低溫等離子體改性活性炭吸附劑的裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]甲烷的溫室效應(yīng)是0)2的21倍，對大氣臭氧層的破壞能力為CO 2的7倍，甲烷排入大氣對大氣環(huán)境的破壞，已經(jīng)成為全世界共同面臨的重大環(huán)境問題。自20世紀(jì)70年代以來，中國政府加強(qiáng)了對環(huán)保工作的力度，頒布并采取了一些防治有機(jī)廢氣的政策和措施，以減少有機(jī)廢氣的排放，并收到了一定的效果。但從總體來看，大氣環(huán)境污染和破壞還沒有完全被控制。目前，我國年排放VOCs約1800萬噸，《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》更是提出，“十二五”期間將針對煤炭、石化、污水處理廠、有機(jī)化工、合成材料、化學(xué)藥品原藥制造、塑料產(chǎn)品制造、裝備制造涂裝等重點行業(yè)，完善VOCs的污染防治體系，以期達(dá)到改善空氣質(zhì)量和污染減排的目的。由此可見，中國的環(huán)境保護(hù)仍任重而道遠(yuǎn)。
[0003]甲烷是有機(jī)廢氣中最常見的小分子有機(jī)物。變壓吸附(PSA)是目前有機(jī)廢氣工業(yè)化應(yīng)用的主要方法之一，吸附劑則是變壓吸附技術(shù)分離效果的關(guān)鍵因素。許多研宄n2、co2、014和02在活性炭上的吸附平衡的實驗結(jié)果表明:活性炭對甲烷具有優(yōu)先吸附的性能。為了提高活性炭對CH4的吸附量，采用低溫等離子體改性的辦法，改變活性炭表面的表面官能團(tuán)，提高隊/014的分離系數(shù)和常壓穿透時間。
[0004]低溫等離子體表面處理技術(shù)是最新應(yīng)用于炭材料改性的一種新方法，它既能改變炭材料表面的化學(xué)性質(zhì)，又能控制材料的界面物性，在炭材料改性方面表現(xiàn)了巨大的潛力和應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種轉(zhuǎn)動低溫等離子體改性活性炭吸附劑的裝置及其方法，操作簡單、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)，可用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
一種轉(zhuǎn)動低溫等離子體改性活性炭吸附劑的裝置，包括石英管反應(yīng)器、履帶、電機(jī)、接地線圈、接地支架和電暈線，電機(jī)傳動于履帶，履帶繞在石英管反應(yīng)器上，石英管反應(yīng)器的兩端具有進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口中借助密封軸承安裝進(jìn)氣管的接頭，石英管反應(yīng)器的中間為放電區(qū)，放電區(qū)穿插在接地線圈中，接地線圈的直徑大于石英管反應(yīng)器的外徑，接地線圈架設(shè)在接地支架上，石英管反應(yīng)器的放電區(qū)內(nèi)部借助轉(zhuǎn)動軸承架設(shè)電暈線，電暈線由石英管反應(yīng)器出氣口穿出并與交流電源連接。
[0007]所述低溫等離子體改性裝置為均勻轉(zhuǎn)動裝置。
[0008]所述出氣口安裝出氣管的接頭，出氣管的接頭中心開設(shè)電暈線孔。
[0009]所述石英管反應(yīng)器內(nèi)徑Φ40-49πιπι，電暈線直徑Φ0.8mm，接地線圈以間隔I?1.5cm繞膽在石英管反應(yīng)器上，電機(jī)每分鐘6?7轉(zhuǎn)。
[0010]一種轉(zhuǎn)動低溫等離子體改性活性炭吸附劑的方法，步驟如下:
第I步，對活性炭進(jìn)行預(yù)處理，去除活性炭中的粉末、水分和油類物質(zhì)或改變表面的化學(xué)性質(zhì)，用去離子水洗滌，酸堿洗滌，抽濾5min，105°C干燥3小時；
第2步，取1g的活性炭放入石英管反應(yīng)器的放電區(qū)并平鋪于底部，掛上履帶，開動電機(jī)轉(zhuǎn)動反應(yīng)器，經(jīng)過轉(zhuǎn)動分散來達(dá)到均勻改性；
第3步，從石英管反應(yīng)器的進(jìn)氣口通入50ml/min的反應(yīng)氣氛，保持通氣4~5min，調(diào)節(jié)電壓(15KV~25KV)、頻率(100Hz~300Hz)和放電時間(5min~15min)，即得到用于濃度為0.2%CH4氣體的高效吸附劑。
[0011 ] 所述第I步中的活性炭使用前進(jìn)行篩選，使其粒徑在10~16目，使其在實際應(yīng)用中具有更小的壓力損失。
[0012]所述第3步中反應(yīng)氣氛為99.9%的N2、空氣或99.9%的0)2等，使活性炭吸附劑在不同的氣氛下轉(zhuǎn)動低溫等離子體改性更均勻。
[0013]采用上述方案后，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
一、本發(fā)明原料價廉，制備條件成熟，操作簡單，因此易于推廣產(chǎn)業(yè)化和市場化；
二、整個過程不影響材料的體相結(jié)構(gòu)，作用時間短(幾到十幾分鐘)，效率高；
三、得到低溫等離子體改性的活性炭吸附劑為顆粒狀，吸附分離效果得到提高；
四、本發(fā)明屬于干式工藝，無需進(jìn)行廢液處理，成本較低，整個生產(chǎn)過程幾乎無污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是一種新型環(huán)保工藝。
[0014]總之，本發(fā)明操作簡單，工藝簡單，得到吸附劑為顆粒狀，能提高吸附劑的穿透時間和014吸附量。本發(fā)明屬于干式工藝，在生產(chǎn)過程中幾乎無污染，環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)，可用于大規(guī)模生產(chǎn)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是一種環(huán)保型生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的產(chǎn)品能夠有效用于0.2%濃度的CH4氣體。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明裝置的整體裝配圖；
圖1A為圖1的A-A剖視圖；
圖2為本發(fā)明實施例1中活性炭原樣的掃描電鏡圖；
圖3為本發(fā)明實施例1中所得20KV/200Hz/15min/N2氣氛下產(chǎn)品的掃描電鏡圖；
圖4為本發(fā)明實施例2中所得25KV/100Hz/15min/空氣氣氛下產(chǎn)品的掃描電鏡圖；
圖5為本發(fā)明實施例3中所得20KV/100Hz/10min/C02氣氛下產(chǎn)品的掃描電鏡圖；
圖6為本發(fā)明實施例1、實施例2和實施例3中所得產(chǎn)品與原樣傅里葉紅外光譜比較圖；
圖7為本發(fā)明實施例1、實施例2和實施例3中所得產(chǎn)品與原樣CH4、N2常溫變壓吸附曲線比較圖；
圖8為本發(fā)明實施例1、實施例2和實施例3中所的產(chǎn)品與原樣常溫常壓穿透曲線比較圖。
[0016]標(biāo)號說明
石英管反應(yīng)器1，進(jìn)氣口 11，出氣口 12，進(jìn)氣管13，密封軸承14，電暈線孔15，出氣管16，履帶2，電機(jī)3，接地線圈4，接地支架5，絕緣材料51，電暈線6，轉(zhuǎn)動軸承61，交流電源 I。
【具體實施方式】
[0017]如圖1和圖1A所示，本發(fā)明揭示的一種轉(zhuǎn)動低溫等離子體改性活性炭吸附劑的裝置，主要包括石英管反應(yīng)器1、履帶2、電機(jī)3、接地線圈4、接地支架5和電暈線6。
[0018]電機(jī)3傳動于履帶2，履帶2繞在石英管反應(yīng)器I上，電機(jī)3通過履帶2帶動石英管反應(yīng)器I旋轉(zhuǎn)，電機(jī)3提供石英管反應(yīng)器I轉(zhuǎn)動動力。
[0019]石英管反應(yīng)器I的兩端具有進(jìn)氣口 11和出氣口 12。進(jìn)氣口 11中借助密封軸承14安裝進(jìn)氣管13的接頭，以保證氣密性和進(jìn)氣管13不隨石英管反應(yīng)器I轉(zhuǎn)動，石英管反應(yīng)器I的中間為放電區(qū)，放電區(qū)穿插在接地線圈4中，接地線圈4的直徑大于石英管反應(yīng)器I的外徑，接地線圈4架設(shè)在接地支架5上固定，以保證接地線圈4不與石英管反應(yīng)器I轉(zhuǎn)動。本發(fā)明接地支架5的底部還安裝絕緣材料51，防止接地支架5與地連接形成通路。石英管反應(yīng)器I的放電區(qū)內(nèi)部借助兩個轉(zhuǎn)動軸承61架設(shè)電暈線6，使放電區(qū)能夠保證氣體的流通性和電暈線6不隨石英管反應(yīng)器I轉(zhuǎn)動，電暈線6由石英管反應(yīng)器I出氣口 12穿出并與交流電源7連接。出氣口 12安裝出氣管16的接頭，出氣管16的接頭中心開設(shè)電暈線孔15。
[0020]該裝置通過轉(zhuǎn)動電機(jī)提供動力，使低溫等離子體裝置轉(zhuǎn)動改性活性炭顆粒，來達(dá)到均勻改性的目的。其中，等離子體被稱為物質(zhì)的第4種形態(tài)，由大量的高能電子