用活性炭改善室內空氣品質的機理

時間：2020-01-05

摘要：活性炭吸附材料對室內氣態(tài)污染物具有優(yōu)秀的吸附性能,活性炭過濾器逐漸應用于民用建筑空調系統(tǒng)中。本文簡要介紹了活性炭的發(fā)展歷史、分類、結構、性質,以及活性炭吸附室內污染物的物理和化學作用機理；同時對活性炭所去除的污染物種類也作了簡要概括。

關鍵詞： 活性炭空氣品質物理吸附化學吸附

1 室內空氣品質

隨著科學技術的飛速發(fā)展，人類在生活居室環(huán)境方面獲得了巨大的改善。空調的廣泛使用給人們創(chuàng)造了一個以溫濕度為主的舒適性環(huán)境，但同時也帶來了室內空氣品質問題，尤其是無新風系統(tǒng)的空調房間，導致了“病態(tài)建筑綜合癥”、“建筑相關病”和多種化學物過敏癥?！安B(tài)建筑綜合癥”的常見癥狀主要有頭痛、神經(jīng)疲勞、皮膚干燥、鼻塞、流鼻涕、流淚、眼癢等等?！敖ㄖ嚓P病”是指由空氣中的某種成分直接引起的病癥，比較嚴重的有“軍團病”、“**敏性肺炎”等，有時甚至能帶來生命危險。

所謂室內空氣品質，一般是指在某個具體的環(huán)境內，空氣中的某些要素對人群工作、生活的適宜程度，是反映了人們的具體要求而形成的一種概念。這種概念是建立在“以人為本”的基礎上的。顯然，人們不僅要求適宜的室內溫濕度，而且人們還要求室內空氣是新鮮的，無污染的，從而引發(fā)了對室內空氣品質的廣泛研究。

室內空氣基本污染物與污染源如下：

表一室內主要污染物及其來源

總的來說，當某一吸附質與吸附劑的表面接觸時，究竟是發(fā)生物理吸附還是化學吸附，要取決于吸附劑表面的反應性、吸附質的性質、溫度和其他因素。其實這兩種吸附不是截然分開的，需看分子力和化學鍵誰是主要的。

在動態(tài)條件下，完成對蒸汽的脫除，要求活性炭不僅要有一定的吸附容量，而且還要有一定的吸附速度。如果只有大的吸附容量而無一定的吸附速度，當蒸氣與其短暫接觸時就來不及被吸附而穿透活性炭層，反之，若只有大的吸附速度，而無一定的吸附量，脫除量也是很小的。通常認為，活性炭脫除空氣中的蒸氣包括以下一個或多個階段：

（1）外擴散?？諝庵械臍怏w或蒸氣向顆粒的整個表面擴散；

（2）內擴散。氣體或蒸氣分子向活性炭大孔內部（或沿大孔表面）的擴散；

（3）顆粒內表面對分子的吸附；

（4）被吸附的蒸氣與活性炭或被吸附氧、水或浸漬劑之間的反應。

上述四個階段中每個階段的相對重要性，可能隨著發(fā)生脫除的特殊條件而有顯著的不同。擔相對地受溫度影響較小。在空隙內擴散的重要性由諸如顆粒大小、孔隙結構特征、系統(tǒng)的某種擴散性和內表面上反應速度的因素而定。接觸表面的吸附速率決定于表面的本性和延伸范圍，以及吸附某種所研究蒸氣或氣體的活化能。根據(jù)表面的特性也能測定出化學反應，因為在*（3）和*（4）階段中會出現(xiàn)大量的活化能，所以這個階段對溫度非常敏感。

在通常情況下，在這幾個階段內，每階段的擴散速率是不相同的，因此，擴散阻力大的和擴散速率慢的步驟控制總的傳播速率，為此，要提高整個過程的吸附速率，就要強化該擴散控制區(qū)內擴散阻力大或擴散系數(shù)較小的過程，使該吸附設備的吸附效率提高。

5 活性炭對室內氣體的吸附和過濾

活性炭能有效的吸附揮發(fā)性**物。芳族化合物能與活性炭間形成給受復體，活性炭中的羧基氧為電子給體，芳環(huán)為電子受體。當芳族中有—NO2類取代基時，給受作用還會加強。在活性炭表面加入某些金屬離子，非極性的鏈烷類化合物也能很好的被吸附。

活性炭能有效的消除室內的煙味。在煙的成分中，70%是吸煙時從周圍吸入的空氣，另外，隨著燃燒生成的蒸氣、CO2、CO構成煙氣，約達90%。香煙霧粒子大部分是由香煙顆粒分解后形成的蒸氣成分凝結而成，故通常稱為液滴。另外還有一些微小顆粒?；钚蕴繉ο銦熈Ｗ佑泻芎玫牟都饔谩；钚蕴渴潜缺砻娣e很大的物質，微小粒子可通過慣性作用和其他作用被阻留在活性炭的大孔或中孔中，而且其阻力隨集塵增加不大。煙氣中的有害氣體，有的由于濃度差而被吸附，另外一些可以通過在活性炭中添加離子來去除。

活性炭對CO、NO2、SO2等無機化合物也具有很強的吸附作用。據(jù)實驗證明，SO2在活性炭中能被氧化并與水結合生成H2SO4，同理CO、NO2也能被除去。另外活性炭對臭氧也有一定的吸附效果。根據(jù)資料，活性炭對砷、鉛、汞等有害金屬離子也具有很強的吸附能力。

6 小結

通過以上各節(jié)的論述，我們對活性炭的發(fā)展歷史、吸附特性、吸附動力學以及對室內氣體的吸附和過濾作用有了一個初步的了解。總之，活性炭對室內空氣具有良好的除異味、除菌效果，能夠有效的改善室內空氣的品質。使用活性炭凈化空氣，可以減少通風量，降低了空調能耗。

為了提高凈化效率，可以從活性炭過濾器的結構和吸附材料的選擇方面加以改進，尤其是活性炭纖維，其微孔特點使其對低濃度有害氣體具有較高的吸附量和吸附速度。

目前，活性炭過濾器的造價還比較高，這影響了它在民用空調中的應用。如果能降低其成本，并在它對具體污染成分的去除效果上有理論突破，活性炭過濾器必將有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻

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詞條
詞條說明
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