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    是什麽影響了VOCs吸附性能？

    VOCs吸附材料多種多樣，比如活性炭、樹脂、矽膠、氧化鋁球、沸石等等。吸附材料對VOCs的吸脫附性能受到多種因素的影響，主要影響因素包括吸附劑的結構參數、VOCs氣體分子的性質以及外界條件等，如下詳細解說：

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    1、比表麵積和孔結構

    表麵積為吸附過程提供了場所，增加了吸附劑與VOCs發生作用的概率，比表麵積大意味著吸附性能優越，通過打開閉孔或形成新孔來增加吸附劑的比表麵積。適當的酸處理和堿處理可以有效地擴大材料的表麵積，提高其吸附能力，但過量的酸堿也可能導致孔洞破壞或塌陷從而減少表麵積。研究發現，比表麵積更高的活性炭並不總是表現出對有機化合物更好的吸附能力，這證明了材料對VOCs的吸附受到多種因素的影響。以活性炭為吸附劑，考察比表麵積和孔結構對吸附能力的影響，結果表明對VOCs的吸附主要受孔道擴散控製，且吸附劑的填充密度越小越容易穿透。

    碳質吸附材料的微觀結構特別是孔徑分布決定了其對VOCs的吸附能力，研究發現，製備原料和條件會影響其比表麵積和孔特性。不同活化溫度對多孔炭材料物理結構的影響規律，發現活化溫度對孔徑的影響較為顯著，隨著活化溫度的升高，炭材料的孔隙結構經曆從低到高又到低的過程。

    一般來說，微孔是吸附的主要部位，但在狹窄的孔隙中擴散阻力增大，也會導致吸附率較低；中孔增強了顆粒內的擴散，縮短了吸附時間。因此，吸附材料的孔徑決定了能被吸附的VOCs分子的大小，根據尺寸排阻理論，隻有當孔隙直徑大於VOCs的分子直徑時，VOCs分子才能進入吸附材料的孔隙。因此，更佳吸附發生在孔徑與吸附質分子尺寸相匹配的地方，微孔有利於小體積VOCs的吸附，中孔等大孔隙更適合大分子VOCs的吸附。對於同一類型的VOCs，分子的直徑越大，吸附劑之間孔壁的疊加性越強；吸附鍵能越強，VOCs的吸附能力越大，較大的VOCs分子表現出較低的吸附能力。

    正己烷、甲苯、乙酸乙酯等不同目標物質在活性炭、5A、NaY、13X等吸附劑上的吸脫附行為，采用色譜法與熱重法對不同VOCs分子在不同吸附劑上的吸脫附行為進行了熱力學研究，發現物理吸附的作用力大小與吸附劑的孔徑分布和分子直徑相關，當吸附質分子靠近吸附劑表麵時，固體表麵與分子之間發生相互作用，當分子處於兩個表麵的時候會產生勢能疊加(例如狹縫孔)，而圓柱或球形孔的勢能會更大。活性炭的孔形狀主要是裂縫孔為主，分子篩具有多維孔體係，孔形狀較為複雜。




    2、表麵化學性質

    除了形態結構外，吸附材料表麵的化學官能團也可能對VOCs的吸附起作用，其種類和數量對VOCs的吸附能力有很大影響，吸附劑的表麵化學修飾可以改變其對VOCs的吸附能力和選擇性。例如碳質吸附劑的表麵官能團既與原料的性質有關，也與加熱、化學和電化學處理等活化或改性方法有關，不同改性方法得到的表麵化學官能團不同。

    表麵官能團的雜原子決定著吸附劑的表麵化學性質，雜原子主要包括氧、氮、鹵素、氫等，其中多孔碳上的氧和氮基團被認為是吸附過程中最重要的物種。氧基有3種不同類型，分別是酸性、堿性和中性，酸性官能團有—COOH、—OH、—C=O、—CO 和—COO—，其與氧化相有關，其中羧基和羥基表現出較強的電子吸收能力。

    一般來說，液相氧化有助於羧酸的形成，而氣相氧化促進羥基和羰基的生成。大多數氧基是表麵酸性的來源，這有助於親水性VOCs黏附在碳表麵上，由酸和臭氧氧化是在碳材料上引入表麵氧基最有效的方法。氧基的存在可能抑製疏水性VOCs與碳質吸附劑上的π電子富區之間的特定相互作用。因此，疏水性VOCs更喜歡吸附在沒有表麵氧基團的活性炭上。含氮基團通常是通過氨、硝酸和含氮化合物的處理引入的，主要表現為堿性。

    負載在活性炭上的過渡金屬的化學狀態對提高低溫下VOCs的吸附能力也起著重要作用。目前，金屬改性活性炭技術主要用於處理甲醛、甲苯等小相對分子質量汙染物，對一些大相對分子質量VOCs的應用還需要進一步研究。




    3、外界檢測環境

    除了吸附劑和吸附質帶來的影響外，溫度、濕度等外界條件對VOCs的吸附性能也有一定的影響，溫度對VOCs吸附的影響較為明顯。HJ 644—2013標準中針對環境空氣的揮發性有機物的吸附管采樣規定，吸附管的采樣溫度不超過40 ℃；HJ 734—2014標準中針對固定源汙染廢氣VOCs使用的吸附材料是Tenax GR、Carbopack B、Carbopack C以及Carboxen 1000組成的複合吸附材料，吸附采樣溫度為0～5 ℃。若要實現對一些低沸點VOCs組分的吸附富集，所需要的溫度更低，如C2組分的采樣富集通常需要-100 ℃以下的低溫，近幾年才發展到用-76 ℃的低溫冷阱，實現了對C2和C2以上低沸點烴的富集。

    當實際取樣的場景為高濕度環境且目標吸附質和水在吸附劑表麵之間存在競爭吸附時，水的吸附將對VOCs的吸附產生巨大的影響。因此，在捕集前通常會添加除水步驟，減少水蒸氣帶來的影響。此外，許多研究者通過對吸附材料進行改性來提高材料的疏水性，使其更加適用於高濕度環境下VOCs的吸附。


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