廖正祝，田 紅

(廣東石油化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 茂名 525000 )

0 引 言

隨著我國(guó)煤化工技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)在煤制油、煤制氣、煤制烯烴、芳烴、乙二醇等方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。煤化工過(guò)程中不可避免產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物VOCs(Volatile organic compounds)，VOCs氣體種類(lèi)繁多且成分復(fù)雜，主要包括非甲烷碳?xì)浠衔锶缦N、烷烴、炔烴、芳香烴等，以及醛、醇、酮、醚、酚等含氧有機(jī)物，含氮、含硫化合物以及鹵代烴等[1]。煤化工生產(chǎn)過(guò)程將排放大量揮發(fā)性有機(jī)物VOCs,以某企業(yè)每年生產(chǎn)40億m3的煤制天然氣為例，其VOCs排放總量核算值為1 329 t/a[2]。

VOCs對(duì)環(huán)境的污染主要是由于VOCs在太陽(yáng)光和熱作用下產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，形成主要成分是臭氧的光化學(xué)煙霧，臭氧和大氣中的其他氣體逐步生成有機(jī)氣溶膠并成為PM2.5的主要貢獻(xiàn)之一，VOCs氣體及其光化學(xué)產(chǎn)物將對(duì)人體健康產(chǎn)生危害[3]。焦化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含有乙烯、丙烯等烯烴類(lèi)以及烷烴類(lèi)物質(zhì)的焦化VOCs廢氣是導(dǎo)致臭氧生成潛勢(shì)最大的物質(zhì)，這些污染物質(zhì)對(duì)光化學(xué)煙霧污染貢獻(xiàn)也最為突出[4]。

由于煤化工過(guò)程中產(chǎn)生的VOCs氣體成分復(fù)雜，且VOCs氣體產(chǎn)生屬于生產(chǎn)過(guò)程中的有組織排放和無(wú)組織排放，因此，對(duì)煤化工VOCs氣體的治理首先需弄清楚企業(yè)的VOCs排放情況。張凱等[5]以西北某煤制烯烴項(xiàng)目7個(gè)排放源項(xiàng)進(jìn)行VOCs排放源項(xiàng)解析與核算研究，明晰企業(yè)各個(gè)排放源及排放量，為后續(xù)VOCs氣體治理奠定了基礎(chǔ)。尚志宏[6]采用揮發(fā)性泄漏檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)LDAR(Leak detection and repair)對(duì)煤化工企業(yè)VOCs污染物排放進(jìn)行定量分析，查找VOCs氣體的排放源與排放量，再采用泄漏修復(fù)，回收所有排放點(diǎn)泄漏的VOCs廢氣并進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放。竹濤等[7]指出煤化工VOCs氣體排放的控制與處理，首先要建立源頭污染物排放清單并削減其VOCs排放量；其次要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中VOCs排放氣體的全過(guò)程管理與控制；最后根據(jù)VOCs成分及含量等排放特征選擇單一或組合技術(shù)工藝進(jìn)行VOCs回收、銷(xiāo)毀處理并實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。文獻(xiàn)[7-11]對(duì)VOCs處理技術(shù)的適用濃度、凈化率、投資成本、運(yùn)行費(fèi)用及技術(shù)特點(diǎn)等進(jìn)行分析，VOCs氣體處理技術(shù)包括單一技術(shù)和組合技術(shù)，VOCs單一處理回收利用技術(shù)有冷凝法、吸收法、吸附法、膜分離法等；銷(xiāo)毀技術(shù)有燃燒法、催化燃燒法、生物降解法、光催化降解法以及等離子法等。VOCs常用組合處理技術(shù)：對(duì)于低濃度VOCs廢氣，可以采用吸附濃縮技術(shù)+冷凝回收技術(shù)、吸附濃縮技術(shù)+催化氧化燃燒技術(shù)、吸附濃縮技術(shù)+蓄熱燃燒技術(shù)、光催化氧化技術(shù)+吸附技術(shù)；對(duì)于中等濃度VOCs廢氣可以采用蓄熱燃燒技術(shù)；對(duì)于高濃度VOCs廢氣可以采用冷凝回收技術(shù)+蓄熱燃燒技術(shù)。由于煤化工排放VOCs氣體染物種類(lèi)復(fù)雜，單一處理技術(shù)不能完全滿足VOCs排放需求，需要采用多技術(shù)組合工藝。席勁英等[12]分析了各種VOCs控制技術(shù)市場(chǎng)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用比例，指出吸附技術(shù)國(guó)內(nèi)占比38%，占比第1，國(guó)外占比16%，占比第3，可見(jiàn)吸附技術(shù)具有很大的應(yīng)用市場(chǎng)，同時(shí)吸附技術(shù)與其他技術(shù)組合成吸附催化燃燒技術(shù)、吸附冷凝回收技術(shù)、吸附光催化技術(shù)等聯(lián)合處理VOCs廢氣，可使處理VOCs后的尾氣達(dá)標(biāo)排放。

李輝等[13]對(duì)常用的VOCs處理技術(shù)進(jìn)行比較分析，分別對(duì)回收技術(shù)和銷(xiāo)毀技術(shù)的處理原理、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、處理效率、熱回收率、反應(yīng)溫度等進(jìn)行分析，同時(shí)針對(duì)VOCs廢氣的排放量、成分、熱值、濃度以及是否有惡臭提出了4種VOCs廢氣組合技術(shù)，即高溫燃燒蓄熱氧化+活性炭吸附、化學(xué)洗滌吸收+光催化氧化+活性炭吸附、生物降解+活性炭吸附、化學(xué)洗滌吸收+低溫等離子體技術(shù)+活性炭吸附，并對(duì)組合技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及脫除率進(jìn)行比較分析，且每種組合技術(shù)均采用了活性炭吸附技術(shù)。

由此可見(jiàn)，吸附法處理VOCs是一種既能回收吸附劑循環(huán)利用，又能回收有用吸附質(zhì)的方法，具有較高的成本效益及處理效率，同時(shí)多數(shù)VOCs處理組合技術(shù)中包含了不可缺少的吸附階段，因此，吸附法被廣泛認(rèn)為是控制VOCs排放和回收有價(jià)值的VOCs再利用的有效技術(shù)[14-15]?；钚蕴恳蚱浣?jīng)濟(jì)性、節(jié)能性以及高效等有利特性使其成為最常用的吸附材料，對(duì)活性炭吸附性能的研究主要是針對(duì)其改性以及活性炭材料與被吸附VOCs氣體之間吸附與解吸附過(guò)程與機(jī)理的研究。

因此，本文通過(guò)分析煤化工VOCs廢氣的組成、危害及處理技術(shù)，指出VOCs吸附處理技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景，分析了吸附與解吸附處理、吸附材料的改性研究、吸附裝置，并對(duì)吸附技術(shù)及其工程應(yīng)用進(jìn)行研究，最后對(duì)吸附技術(shù)及其組合技術(shù)處理VOCs廢氣提出了建議。

1 吸附與解吸附

吸附過(guò)程就是吸附劑與吸附質(zhì)之間相互作用的物理化學(xué)過(guò)程。吸附就是利用吸附材料(吸附劑)不同結(jié)構(gòu)(比表面積、孔徑、孔體積)和表面化學(xué)性質(zhì)(化學(xué)官能團(tuán)包括酸性基團(tuán)、堿性基團(tuán)、中性基團(tuán)，如含氧和含氮基團(tuán)是化學(xué)反應(yīng)的重要基團(tuán))、親水性、疏水性、熱穩(wěn)定性、可再生性、吸附容量等特定的物理化學(xué)特性，根據(jù)被吸附物質(zhì)(吸附質(zhì))的分子結(jié)構(gòu)、分子量、分子極性、分子大小、分子面積、分子沸點(diǎn)以及動(dòng)力學(xué)直徑等特性，考慮吸附劑與吸附質(zhì)之間的相互作用，以及吸附質(zhì)與吸附質(zhì)之間的相互競(jìng)爭(zhēng)，在特定的吸附環(huán)境：溫度、濕度、壓力及流量等條件下，將被吸附物質(zhì)截留在吸附材料上的物理化學(xué)過(guò)程，進(jìn)而起到凈化VOCs作用。吸附材料常采用多孔物質(zhì)(碳基材料、含氧材料、有機(jī)聚合物、復(fù)合材料)，如活性炭、生物炭、活性炭纖維、石墨烯、碳納米管、沸石、金屬有機(jī)骨架、黏土、硅膠、有機(jī)聚合物以及復(fù)合材料等[16]。吸附的物理過(guò)程宏觀上與吸附劑的宏觀特性如孔徑及比表面積等特性有關(guān)，微觀上主要由范德華力、微孔的填充和毛細(xì)管冷凝等因素決定，物理吸附熱低，是可逆過(guò)程；化學(xué)吸附過(guò)程是指吸附劑表面官能團(tuán)(如含氧和含氮基團(tuán))與被吸附質(zhì)分子之間的化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)吸附通常不可逆，故吸附是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程[16-18]。

吸附材料的脫附就是對(duì)已達(dá)到飽和的吸附材料上的被吸附物質(zhì)，利用升溫可降低吸附容量的特性進(jìn)行吸附材料脫附再生，也可以采用減壓實(shí)現(xiàn)脫附或真空脫附，使吸附材料獲得重新吸附的能力，同時(shí)去除吸附質(zhì)。吸附劑再生通常通過(guò)加熱惰性氣體或蒸汽進(jìn)行吹掃脫附，只需排出冷凝的蒸汽，就可以回收污染物[19]。

多孔吸附劑的物理吸附過(guò)程如圖1所示[16]，整體物理吸附速率受VOCs濃度控制，該物理過(guò)程經(jīng)過(guò)3個(gè)階段[16-17]：首先是VOCs通過(guò)對(duì)流和擴(kuò)散向吸附劑表面?zhèn)髻|(zhì)的外表面吸附階段，其次是VOCs通過(guò)孔隙擴(kuò)散進(jìn)入吸附劑內(nèi)部表面階段(該過(guò)程由孔隙結(jié)構(gòu)和體積起主導(dǎo)作用)，第三是吸附劑的小、中、大不同孔徑的孔隙占比起到關(guān)鍵作用的平衡階段[16,18]。

圖1 多孔吸附劑的物理吸附過(guò)程[16]

Ahmad等[20]給出了生物炭與有機(jī)污染物吸附過(guò)程中相互作用的假設(shè)機(jī)制如圖2所示，包括生物炭與有機(jī)污染物之間的靜電相互作用；生物炭與極性有機(jī)污染物之間的靜電吸引；生物炭與非極性有機(jī)污染物之間的靜電吸引。生物炭吸附材料對(duì)VOCs吸附機(jī)理主要包括靜電吸引，極性VOCs與親水吸附位點(diǎn)的相互作用，非極性VOCs與疏水吸附位點(diǎn)的相互作用，研究VOCs吸附的大多數(shù)結(jié)果都可以用這種機(jī)制解釋[21]。

Li等[21]給出了不同孔隙活性炭對(duì)VOCs的吸附機(jī)理如圖3所示，吸附劑孔徑分布特性影響VOCs吸附過(guò)程，而被吸附質(zhì) VOCs分子直徑?jīng)Q定了VOCs可以進(jìn)入吸附劑有效孔的機(jī)會(huì)，從理論上來(lái)說(shuō)吸附劑孔徑大于吸附質(zhì)VOCs分子直徑的孔隙才是有效的吸附位點(diǎn)，當(dāng)吸附劑孔徑遠(yuǎn)大于VOCs分子直徑時(shí)，吸附劑與吸附質(zhì)VOCs分子之間的吸附力太弱，孔隙只能起到通道作用，所以說(shuō)微孔只提供了主要的吸附位點(diǎn)，而中孔及大孔則增強(qiáng)了VOCs的擴(kuò)散通道[21]。

圖3 不同孔隙上VOCs吸附機(jī)理[21]

多三維結(jié)構(gòu)無(wú)紡布(multi-3-dimensional structure nonwoven,M-3D-SN)吸附苯乙烯的動(dòng)態(tài)過(guò)程如圖4所示[22]，研究發(fā)現(xiàn)，原聚丙烯(polypropylene，PP)非織造布的突破時(shí)間僅發(fā)生在苯乙烯暴露開(kāi)始后1.5 min，表明動(dòng)態(tài)平衡吸附容量較低，高表面積(446 m2/g)的M-3D-SN獲得最大的吸附量(約353.61 mg/g)，是原PP非織造布的35倍。通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)引入烷基苯，在纖維層中形成剛性的三維網(wǎng)絡(luò)，增加了PP無(wú)紡布的表面積，對(duì)于M-3D-SNS，由于多孔接枝層的形成，獲得了較高的比表面積，顯著提高了苯乙烯的吸附能力，隨著聚丙烯非織造布接枝程度的提高，交聯(lián)水平提高，非織造布比表面積增大，苯乙烯吸附能力相應(yīng)提高[22]。

圖4 M-3D-SN的動(dòng)態(tài)苯乙烯吸附過(guò)程[22]

Yang等[23]通過(guò)研究3種材料可能的吸附機(jī)理，指出吸附分為3個(gè)過(guò)程：一是在狹窄孔中的吸附和在中等孔徑中的單層吸附，二是在等孔徑中的多層吸附和分子填充，三是完成毛細(xì)管縮合和表面吸附。K-BC材料存在第3階段的大孔填充，BC和P-BC存在第1階段吸附過(guò)程波動(dòng)。解吸附過(guò)程也可分為3個(gè)過(guò)程：一是吸附在表層的甲苯蒸發(fā)，二是在多層吸附過(guò)程中吸附在微孔上和中孔上甲苯的解吸，三是吸附在狹窄微孔內(nèi)的殘留甲苯分子從內(nèi)表面開(kāi)始解吸，3種材料可能的吸附/解吸機(jī)制如圖5所示。

圖5 3種材料可能的吸附/解吸機(jī)制[23]

Zhang等[24]采用圖6試驗(yàn)裝置，通過(guò)5個(gè)循環(huán)的吸附/脫附試驗(yàn)，研究了3種礦物吸附劑(硅藻土、 斜發(fā)沸石和坡縷石)的解吸性能，非極性VOCs氣體比極性VOCs氣體更容易從礦物表面解吸，脫附凈化氣體對(duì)脫附幾乎沒(méi)有影響，但溫度升高促進(jìn)了脫附。

圖6 吸附和解吸裝置示意[24]

2 吸附材料

由于吸附技術(shù)具有吸附材料成本低，吸附過(guò)程布置及操作靈活，以及使用過(guò)程能耗低的特點(diǎn)，是處理VOCs最有前景技術(shù)，如多孔材料：碳基材料、復(fù)合材料、有機(jī)聚合物、含氧材料等，可以在吸附材料的吸附容量、疏水性以及熱穩(wěn)定方面促進(jìn)VOCs的吸附性能；活性炭、沸石和有機(jī)聚合物3種吸附劑被美國(guó)環(huán)保局認(rèn)為是廣泛使用的VOCs處理吸附劑；可用作吸附材料包括活性炭、生物炭、活性炭纖維、石墨烯、碳納米管，沸石、金屬有機(jī)骨架、黏土、硅膠、有機(jī)聚合物以及復(fù)合材料等[16]。

由于煤化工行業(yè) VOCs 種類(lèi)、濃度及排放量不盡相同，吸附劑(有機(jī)、無(wú)機(jī)及金屬類(lèi)等)選擇范圍大，煤化工常用的吸附劑是無(wú)機(jī)碳質(zhì)類(lèi)等吸附劑，故對(duì)碳質(zhì)類(lèi)等吸附劑的改性研究非常重要。

劉子紅等[25]采用H2O2浸漬法對(duì)活性炭纖維進(jìn)行改性研究，改變水蒸氣、溫度、氧氣對(duì)甲苯的脫除影響研究，改性使活性炭纖維表面含氧官能團(tuán)含量增加，吸附能力增強(qiáng)，其比表面積和孔容稍有降低，苯中含水蒸氣導(dǎo)致脫除效率降低，40 ℃為最佳吸附溫度，氧氣濃度為5%時(shí)活性炭纖維脫除效果最佳。

侯金明[26]采用低壓蒸汽對(duì)活性炭進(jìn)行脫附處理，然后干燥后再利用。張洪林等[27]對(duì)活性炭進(jìn)行氧化還原等改性提高活性炭的的吸附能力。文婕等[28]采用具有強(qiáng)氧化性的濃硫酸等對(duì)活性炭進(jìn)行改性處理，使活性炭表面具有含氧基團(tuán)，增強(qiáng)活性炭對(duì)氮的吸附能力。

Jia等[29]研究了12種不同VOCs(酮、烷烴、醇、鹵烴和芳香烴)及濃度改變對(duì)不同初始含水量的顆?；钚蕴康奈接绊懠跋嚓P(guān)機(jī)理，研究指出：對(duì)于同一系列中具有近似電子受體值的VOCs，對(duì)于分散力貢獻(xiàn)率較高的VOCs，初始水蒸汽的負(fù)面影響不明顯；而對(duì)于不同系列中具有相似分散力值的VOCs，對(duì)于分散力貢獻(xiàn)率較高的VOCs，初始水蒸汽的負(fù)面影響更顯著。

Zhang等[30]采用H3PO4高浸漬比浸漬椰子殼，在CO2氣流中快速升溫制備生物質(zhì)基超活性炭，得到迄今為止的最佳活性炭比表面積為2 763 m2/g，總孔容為2.376 cm3/g，中孔為1.365 cm3/g，并研究其對(duì)4種典型VOCs(苯、甲醇、正己烷和環(huán)己烷)的吸附性能，研究得出該樣品對(duì)苯、甲醇、正己烷和環(huán)己烷的吸附容量分別為1 846、1 777、1 510、1 766 mg/g，該吸收值也是目前所報(bào)道的最高值，可見(jiàn)改性得到的生物質(zhì)基超活性炭具有良好的吸附能力。

Liu等[31]采用3種碳材料(2種活性炭和1種活性炭纖維)和3種多孔高分子樹(shù)脂作為吸附劑，用反相氣相色譜法測(cè)定了6種吸附劑的表面能值以及12種VOCs的相應(yīng)氣固分配系數(shù)值，發(fā)現(xiàn)炭材料比多孔聚合物樹(shù)脂具有更強(qiáng)的吸附能力，與比表面積、微孔體積以及官能團(tuán)在吸附劑表面釋放電子能力相比，表面能可以作為共同標(biāo)準(zhǔn)描述各種吸附劑對(duì)VOCs的吸附性能。

Xiang等[32]采用球磨方式對(duì)山核桃在不同溫度下熱解生成的生物炭進(jìn)行改性處理，選擇代表性的丙酮、乙醇、氯仿、環(huán)己烷和甲苯作為VOCs氣體，進(jìn)行吸附研究，研究指出：每種球磨生物炭的表面積增加，平均孔徑略有減小，親水性和極性也增強(qiáng)；球磨生物炭提高了對(duì)5種VOCs氣體吸附的物理(比表面積等)化學(xué)性質(zhì)(表面官能團(tuán)等)和吸附能力，經(jīng)過(guò)5次吸附-解吸循環(huán)后，球磨生物炭具有良好的可重用性，其效率保持在81.2%～91.4%，表明球磨生物炭可以有效多次去除VOCs。

Li等[21]通過(guò)分析吸附材料及VOCs吸附過(guò)程的關(guān)鍵因素，指出隨著比表面積、孔容及表面化學(xué)官能團(tuán)的增加和孔徑的減小，吸附量增大；在平均比表面積、孔隙體積情況下，不同吸附材料對(duì)VOCs吸附量大小為：金屬有機(jī)骨架(MOFs)>活性炭(ACs)>超交聯(lián)聚合物樹(shù)脂(HPR)>沸石；用堿性氫氧化物改性的活性炭增加了比表面積，用酸改性與表面官能團(tuán)的增加有關(guān)，用KOH活化可獲得更好的孔隙率；體積較大的VOC分子具有較低的吸附容量；隨著官能團(tuán)數(shù)量的增加，VOCs的飽和吸附容量增加。

Li等[22]通過(guò)聚丙烯(PP)無(wú)紡布接枝苯乙烯(ST)和二乙烯基苯(DVB)上進(jìn)行后交聯(lián)，得到一種多三維結(jié)構(gòu)無(wú)紡布(M-3D-SN)的吸附材料，該材料具有較高的比表面積和豐富的微孔，比表面積為446 m2/g，孔隙體積為0.44 cm3/g?；谟袡C(jī)官能團(tuán)之間的協(xié)同作用和聚丙烯PP無(wú)紡布層上豐富的微孔結(jié)構(gòu)，研究去除3種VOCs(苯乙烯、正己烷、丙酮)氣體，指出該材料對(duì)苯乙烯的吸附容量大于丙酮和正己烷，該結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定并具有良好的可重用性。

Su等[33]對(duì)不同形貌、孔結(jié)構(gòu)和摻雜元素的多孔炭樹(shù)脂基活性炭和竹炭對(duì)VOCs(甲醇和甲苯)氣體的吸附容量進(jìn)行了比較，氮摻雜多孔炭樹(shù)脂基活性炭比竹炭具有較高的比面積和微孔率，且對(duì)甲醇和甲苯的吸附能力高于竹炭；根據(jù)密度泛函理論計(jì)算表明碳表面與甲醇之間的靜電相互作用對(duì)吸附起著重要作用，甲苯主要通過(guò)π-π鍵的相互作用而被捕獲。

Fan等[34]采用含有替代苯基和乙炔單元的共軛微孔聚合物納米片作為VOCs捕獲的吸附劑材料，利用密度泛函理論研究了各種VOCs氣體(包括乙酸、丙酮、乙醇、乙酸乙酯和正己烷)通過(guò)共軛微孔聚合物納米片的吸附機(jī)理，計(jì)算出5種VOCs分子的平均吸附能，表明共軛微孔聚合物材料去除VOCs可行可靠，研究結(jié)果有助于開(kāi)發(fā)用于高效去除VOCs的共軛微孔聚合物吸附劑，為合理設(shè)計(jì)新型VOCs捕獲材料提供理論指導(dǎo)。

Yang等[23]采用廢牛骨粉為原料先在450 ℃熱解碳化4 h得到的吸附材料標(biāo)記為BC；采用H3PO4浸漬BC然后在500 ℃下再次碳化1 h得到重組孔結(jié)構(gòu)和表面表征的吸附材料標(biāo)記為P-BC；將BC與K2CO3質(zhì)量比為2.5∶1，升溫至600 ℃及800 ℃后用，HNO3處理得到的吸附材料標(biāo)記為K-BC，制備過(guò)程如圖7所示。選擇甲苯作為典型的VOCs廢氣研究該骨碳吸附性能開(kāi)展吸附/解吸和再生行為試驗(yàn)研究，表面改性后的骨碳吸附材料K-BC具有很大的比表面積和總孔容并具有良好的吸附能力，P-BC與傳統(tǒng)吸附劑相比具有快速的吸附過(guò)程。

圖7 3種材料的制備過(guò)程[23]

Zhang等[35]首次將駐極體濾料與多孔金屬-有機(jī)骨架(Metal-organic frameworks，MOFs)顆粒結(jié)合，合成3種新型的可以同時(shí)去除VOCs和PM2.5的過(guò)濾材料稱(chēng)為E-MOFilter。研究指出涂層方法不會(huì)顯著降低電荷密度，并可在很大程度上改變纖維結(jié)構(gòu)，濾料的孔對(duì)MOF顆粒尺寸的影響是獲得良好涂層和良好甲苯去除效果的關(guān)鍵參數(shù)，E-MOFilter制備方法保持了駐極體的電荷和PM2.5的高去除效率，對(duì)VOCs具有高效率吸附能力，將MOF顆粒涂覆在帶電濾料上的試驗(yàn)裝置如圖8所示。

圖8 將MOF顆粒涂覆在帶電濾料上的試驗(yàn)裝置[35]

Li等[36]采用采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)對(duì)核桃基活性炭進(jìn)行改性，在不同相對(duì)濕度0、30%、60%、90%條件下，開(kāi)展VOCs(苯)氣體吸附試驗(yàn)研究，改性后的活性炭表面增加了主要以Si—O—Si形式存在的官能團(tuán)，疏水材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)的沉積改變了活性炭對(duì)水的親和力；200 ℃下改性活性炭在干燥和潮濕條件下分別保持了(523.8±13.1)mg/g和(503.6±12.6)mg/g的良好吸附能力，但隨改性溫度進(jìn)一步增加，將導(dǎo)致孔隙塌陷等不利于吸附的特性出現(xiàn)；改性活性炭在潮濕環(huán)境下對(duì)VOCs的吸附性能有很大提高；活性炭疏水涂層制備方案如圖9所示。

圖9 活性炭疏水涂層制備方案[36]

Liu等[37]采用反相氣相色譜法研究了7種低濃度VOCs(正構(gòu)烷烴、醇類(lèi)、酯類(lèi)、酮類(lèi)、芳香烴類(lèi)、氯化烴和環(huán)己烷)在制備的多孔聚合物樹(shù)脂(PP-樹(shù)脂)上的吸附特性，計(jì)算了VOCs的吸附分配系數(shù)和吸附自由能，分析了吸附機(jī)理，研究指出分散相互作用是PP-樹(shù)脂吸附低濃度VOCs的主要機(jī)制，當(dāng)較長(zhǎng)的碳鏈或較大的VOCs摩爾體積被吸附時(shí)，分散相互作用更重要；偶極相互作用以及氫鍵酸堿度對(duì)于吸附具有極性基團(tuán)的VOCs不容忽視。

Yang等[38]指出吸附和催化氧化是去除VOCs前景較好的技術(shù)，可以通過(guò)氧化、還原和浸漬等改性處理活性炭、吸附樹(shù)脂和沸石等，調(diào)整VOCs吸附劑的表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)和官能團(tuán)，進(jìn)一步改善對(duì)VOCs的吸附能力；作為一種新興的新型多孔材料，具有可調(diào)諧金屬離子、有機(jī)連接物和官能團(tuán)的金屬有機(jī)骨架吸附材料對(duì)VOCs具有較高的吸附能力。

Zhang等[24]采用硅藻土、斜發(fā)沸石和坡縷石3種礦物吸附材料，對(duì)醇類(lèi)、酯類(lèi)、酮類(lèi)、芳烴、烷烴等6種不同理化性質(zhì)和官能團(tuán)的VOCs氣體進(jìn)行吸附和解吸性能研究，指出坡縷石具有較高的比表面積和孔容，對(duì)所有測(cè)試VOCs的吸附能力最高；提高吸附溫度和相對(duì)濕度將降低礦物吸附材料對(duì)VOCs的吸附能力；非極性VOCs從礦物吸附材料中解吸附的效率高于極性VOCs；具有較高孔隙體積和比表面積的坡縷石等礦物吸附材料具有吸附VOCs的良好潛力。

Zou等[39]研究了碳基納米復(fù)合材料作為吸附材料在VOCs吸附-光催化氧化中的應(yīng)用，指出碳基納米復(fù)合材料比表面積大，孔隙率豐富，具有獨(dú)特的電子性質(zhì)和表面功能基團(tuán)，被認(rèn)為是吸附VOCs分子的理想載體。碳基納米復(fù)合材料吸附材料比表面積大，吸附能力高，電子轉(zhuǎn)移能力快，廣泛應(yīng)用于吸附-光催化組合去除VOCs技術(shù)中。

Zhou等[40]采用5種不同的金屬氧化物納米粒子對(duì)活性炭進(jìn)行改性，對(duì)改性活性炭吸附典型的丙酮、甲苯、甲醇等3種VOCs氣體進(jìn)行試驗(yàn)和密度泛函理論計(jì)算研究，改性活性炭因金屬氧化物納米粒子的沉積有效提高了對(duì)丙酮和甲醇的吸附能力，活性炭/ZnO復(fù)合材料對(duì)丙酮(415 mg/g)和甲醇(481 mg/g)的吸附性能最好，這一結(jié)果與量子化學(xué)計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，丙酮和甲醇對(duì)金屬氧化物的吸附親和力(吸附能量較高、吸附平衡距離較短、電荷轉(zhuǎn)移較大)大于甲苯一致。

Ouzzine等[41]采用CO2物理活化商用球形碳制備球形活性炭，然后在流動(dòng)式固定床試驗(yàn)系統(tǒng)中，研究球形活性炭對(duì)由多組乙醛、甲醛、2-丙醛、1,3-丁二烯和苯組成的不同濃度氣體混合物VOCs的吸附特性，分析混合物中每種有機(jī)物質(zhì)被球形活性炭吸附情況；混合物中苯是吸附最有效的有機(jī)化合物；平均微孔尺寸、微孔體積和孔隙率分布對(duì)吸附過(guò)程有很大影響，表面化學(xué)差異的影響較低，對(duì)VOCs混合物的總摩爾吸附容量最高的是具有中等孔隙率和合適孔隙率分布的球形活性炭；將摩爾吸附歸一化到比表面積時(shí)，低中等比表面積的球形活性炭在整體吸附VOCs混合物方面表現(xiàn)出最佳性能；對(duì)氣體混合物的高摩爾吸附容量吸附，則需要考慮因具有窄小微孔尺寸分布而增強(qiáng)了吸附電位的低中等孔隙率的球形活性炭吸附；對(duì)于混合物氣體中主要成分具有較大親和力的有機(jī)化合物，則需要首選具有發(fā)達(dá)孔隙度和更大微孔尺寸分布的球形活性炭作為吸附材料。

Zhang等[42]綜述了活性炭、生物炭、活性炭纖維、碳納米管、石墨烯及其衍生物、碳-二氧化硅復(fù)合材料、有序介孔碳等各種工程碳質(zhì)吸附材料對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的吸附關(guān)鍵因素，特別是吸附劑的理化性質(zhì)及吸附條件等，指出控制VOCs在碳質(zhì)吸附劑上吸附的關(guān)鍵因素有吸附材料的比表面積、孔徑、化學(xué)官能團(tuán)，吸附質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、分子大小、分子極性以及分子沸點(diǎn)，吸附環(huán)境如吸附溫度、濕度及流量等；工程碳材料經(jīng)過(guò)適當(dāng)改性具有優(yōu)異的VOCs吸附能力，炭吸附材料大比表面積和小孔徑有利于吸附，且官能團(tuán)的影響與VOCs極性有關(guān)；碳質(zhì)材料的酸性基團(tuán)更適合吸附極性VOCs氣體；碳質(zhì)材料的堿性基團(tuán)適于吸附非極性VOCs氣體；吸附容量與VOCs分子尺寸呈負(fù)相關(guān)性；高沸點(diǎn)VOCs比低沸點(diǎn)VOCs優(yōu)先吸附在吸附劑上，前者比后者更難被解吸；低溫有利于VOCs吸附，水蒸汽存在會(huì)降低VOCs的吸附能力。

3 吸附裝置

煤化工行業(yè)產(chǎn)生的VOCs 種類(lèi)繁多，濃度、流量及排放量不盡相同，可選擇的吸附裝置主要有固定式、移動(dòng)式、流化床及沸石蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附裝置等，不同吸附裝置需根據(jù)實(shí)際處理VOCs的特性合理選擇，最常用的是固定床。

田潔等[43]指出吸附系統(tǒng)多采用2個(gè)以上吸附器串聯(lián)或并聯(lián)，主要由預(yù)處理、吸附、脫附、回收4部分組成，并對(duì)使用吸附技術(shù)處理VOCs氣體的典型吸附器:固定吸附床、移動(dòng)吸附床、流化吸附床以及濃縮吸附轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了比較分析。

郭強(qiáng)[44]采用超重力技術(shù)與吸附、催化燃燒相結(jié)合，提出了一種處理VOCs的新型工藝，并將高效率重力技術(shù)傳質(zhì)特性用于旋轉(zhuǎn)填料床中，實(shí)現(xiàn)并提高了在超重力環(huán)境下化學(xué)改性活性炭吸附甲苯的吸附性能，同時(shí)指出旋轉(zhuǎn)床可以提高活性炭利用率，有效實(shí)現(xiàn)深孔吸附，吸附性能與操作條件、重力因子、甲苯進(jìn)口濃度、氣流量、床層厚度及床層利用率有關(guān)。該文獻(xiàn)對(duì)其他吸附設(shè)備進(jìn)行了分析，具體見(jiàn)表1。

表1 不同吸附設(shè)備的性能對(duì)比[44]

Ma等[45]在旋風(fēng)流化床中采用球形活性炭作為吸附劑，研究活性炭對(duì)以甲苯為例的揮發(fā)性有機(jī)物的吸附特性，通過(guò)改變氣流量以及采用高速攝影機(jī)捕捉表面涂上標(biāo)記物作為示蹤粒子的球形活性炭運(yùn)動(dòng)軌跡，研究了吸附劑顆粒的流態(tài)化及其自旋轉(zhuǎn)，考察了顆粒運(yùn)動(dòng)對(duì)甲苯吸附效率的影響。結(jié)果表明，旋風(fēng)流化床具有良好的去除VOCs的性能，氣體流量對(duì)顆粒流化的影響最大，增加旋風(fēng)流化床中入口氣流速率將使球形活性炭吸附劑快速自旋轉(zhuǎn)，吸附效率主要受氣流接觸吸附劑顆粒停留時(shí)間的影響，減小環(huán)空體積有利于提高吸附效率，進(jìn)口流量1.0 m3/h時(shí)，相對(duì)填料高度k=0.65時(shí)，最大吸附效率高于99%。

Morteza等[46]采用兩相模型來(lái)模擬實(shí)驗(yàn)室規(guī)模流化床吸附器中珠狀活性炭(BAC)對(duì)VOCs的吸附特性，該模型模擬研究了不同操作條件(吸附劑進(jìn)料率、空氣流量和初始濃度)對(duì)不同孔徑、孔隙率和吸附容量的珠狀活性炭(BAC)上工業(yè)溶劑混合物吸附的影響，該模型可用于預(yù)測(cè)工業(yè)規(guī)模流化床吸附器在不同操作條件和表觀密度下去除VOCs的性能。

4 吸附技術(shù)的工程應(yīng)用

李曉寧[47]對(duì)山東某煤化工企業(yè)產(chǎn)生的焦化廢水VOCs成分進(jìn)行檢測(cè)，其主要成分是二甲苯、甲苯、硫化氫、苯胺、氨、乙硫醇、苯等典型VOCs，由于成分復(fù)雜，單一處理技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)排氣達(dá)標(biāo)，通過(guò)技術(shù)分析比較，采用池體封閉+負(fù)壓收集+脫水除塵+化學(xué)洗滌+水洗滌+低溫等離子體技術(shù)+活性炭吸附的組合處理技術(shù)。該項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行后結(jié)果顯示主要污染物排放達(dá)標(biāo)，處理效率達(dá)到95%，在該組合處理技術(shù)中，活性炭的吸附作用作為攔截剩余VOCs的最后一關(guān)。王永儀等[48]指出煤制油污水站VOCs廢氣處理采用預(yù)處理段(水洗段)+生物滴濾段+活性炭吸附段(配蒸汽再生)+15 m排氣筒排放，檢測(cè)排放指標(biāo)完全達(dá)標(biāo)。

李兵等[49]針對(duì)某焦化企業(yè)焦化過(guò)程中的粗苯儲(chǔ)罐呼吸及裝車(chē)散發(fā)出來(lái)的苯系物、重油等VOCs廢氣，采用深冷冷凝回收+活性炭吸附真空脫附+裝車(chē)蒸汽平衡的組合技術(shù)處理廢氣，最后采用活性炭吸脫附系統(tǒng)將苯蒸氣處理后的廢氣達(dá)標(biāo)排放；還對(duì)該焦化企業(yè)的污水采用“加蓋收集+酸洗+堿洗+生物濾池+焦炭吸附”組合技術(shù)處理焦化污水VOCs廢氣，處理工藝流程如圖10所示，具有吸附作用的焦炭作為最后深度處理措施。該組合技術(shù)可以達(dá)到焦化污水VOCs廢氣污染物完全凈化，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放[49]。

圖10 污水處理工段廢氣治理工藝流程[49]

對(duì)中煤陜西榆林能源化工有限公司化工分公司的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，由于污水中含有硫化物、含硫有機(jī)物、氨氮、氨氮、芳香烴、苯酚、甲醇等物質(zhì)，成為污水VOCs組分的主要來(lái)源。通過(guò)技術(shù)比較，采用“VOCs廢氣收集+酸洗+生物洗滌法+堿洗+光催化法+活性炭吸附脫附法的組合技術(shù)處理凈化工藝”，改造后煙囪排口監(jiān)測(cè)結(jié)果滿足廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)[50]。揚(yáng)子石化采用活性炭纖維吸附回收苯，中國(guó)石化安全工程研究院研究出活性炭吸附工藝回收儲(chǔ)油庫(kù)的揮發(fā)油氣[51]。

某煤化工項(xiàng)目VOCs處理采用生物除臭和炭吸附回收作為主要技術(shù)，油氣回收采用活性炭吸附+1號(hào)低芳溶劑吸收組合技術(shù)，在汽車(chē)裝車(chē)系統(tǒng)的油氣回收也采用吸附+吸收組合工藝技術(shù)。檢測(cè)結(jié)果顯示，油氣回收率達(dá)98%，排放氣體中的非甲烷總烴濃度達(dá)到排放的環(huán)保要求[52]。

寧波鋼鐵有限公司焦化廠無(wú)組織VOCs排放的氣體主要成分為硫化氫、氰化氫、苯并花、氨氣、非甲烷總烴、苯、酚類(lèi)等，通過(guò)技術(shù)比較采用“酸洗+堿洗+除水+除濕+活性炭吸附脫附”組合技術(shù)工藝處理，廢氣活性炭層的解吸附采用180 ℃高溫?zé)岬獨(dú)饷摳?，脫附后的活性炭和氮?dú)饩裳h(huán)利用，運(yùn)行效果經(jīng)檢測(cè)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，取得了較好的社會(huì)效益和環(huán)境效益[53]。

山西太鋼不銹鋼股份有限公司焦化廠VOCs采用活性炭采用飽和蒸汽直接脫附再生；對(duì)于粗苯工序、輕苯中間罐、苯罐等含有苯附加值高的VOCs氣體，采用氮封+引入負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)行回收，項(xiàng)目驗(yàn)收達(dá)到環(huán)保要求，增加了經(jīng)濟(jì)收益[54]。

對(duì)西山煤電集團(tuán)的五麟煤焦公司排放的VOCs廢氣進(jìn)行成分分析以及處理技術(shù)比較后，采用多元綜合技術(shù)治理VOCs排放氣體，改造后的排放指標(biāo)滿足要求[55]。

任帥東[56]針對(duì)60萬(wàn)t焦化企業(yè)的冷鼓工段槽罐排放的VOCs廢氣，提出采用酸堿洗滌+洗油洗滌+活性炭吸脫附的組合技術(shù)，對(duì)于其他產(chǎn)生VOCs氣體的各工段及末端尾氣處理等，根據(jù)不同工段VOCs氣體特點(diǎn)分別采用不同組合技術(shù)，有針對(duì)性地處理VOCs可以達(dá)到環(huán)保技術(shù)要求。焦化企業(yè)可能產(chǎn)生VOCs廢氣的工藝節(jié)點(diǎn)位置很多，廢氣種類(lèi)不盡相同，導(dǎo)致廢氣處理非常困難，需根據(jù)具體情況通過(guò)多元處理技術(shù)相結(jié)合，才能達(dá)到環(huán)保要求，如太鋼焦化和陜西黑貓焦化VOCs治理工藝，根據(jù)不同階段以及VOCs的可回收價(jià)值，采用組合工藝處理技術(shù)[57]。黃健等[58]指出采用活性炭作為治理焦行業(yè)VOCs的重要環(huán)節(jié)，活性炭的吸附脫附或更換非常重要，同時(shí)指出提高自動(dòng)更換活性炭技術(shù)的建議。

周朋燕[59]以60萬(wàn)t/a焦化裝置為例，采用“洗滌吸收+活性炭吸附+蒸汽脫除”組合技術(shù)處理無(wú)組織VOCs廢氣，在冷鼓工段、脫硫工段、蒸氨工段、硫銨工段以及粗苯工段處理后尾氣的匯入活性炭吸脫附處置設(shè)備，吸附飽和的活性炭采用高溫蒸汽脫附冷凝技術(shù)，冷凝液進(jìn)入冷鼓工段，處理后的氣體采用氮?dú)饷芊馊?fù)壓返回煤氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)保證了VOCs廢氣的排放達(dá)標(biāo)。萊鋼焦化廠化產(chǎn)精制車(chē)間的產(chǎn)品裝車(chē)散發(fā)VOCs廢氣進(jìn)行處理，吸附飽和后的活性炭采用低壓蒸汽脫附，干燥后重新利用，該處理工藝對(duì)苯類(lèi)物質(zhì)的回收率達(dá)到80%[26]。

肖玲[60]采用不同粒徑的果殼活性炭作為吸附劑，VOCs氣體采用甲苯，通過(guò)改變活性炭的種類(lèi)(粒徑不同)、床層厚度、吸附溫度、氣體濃度以及流量進(jìn)行吸附效果研究，得出吸附容量與活性炭的孔隙率和比表面積有關(guān)，床層厚度決定移動(dòng)吸附曲線，氣流流速和濃度越大越易使活性炭吸附飽和，溫度越低吸附容量越大，溫度越高脫附效率越高，但高溫脫附將導(dǎo)致運(yùn)行成本增加。

某煤制甲醇企業(yè)的甲醇裝車(chē)鶴管排氣口，新設(shè)裝有活性炭的吸附罐，用于吸附裝車(chē)益出的甲醇蒸汽，定期更換留有少量吸附質(zhì)的活性炭用于自備鍋爐燃煤摻燒，經(jīng)檢測(cè)排放廢氣滿足排放要求[61]。

李啟云[62]采用吸附+催化燃燒組合技術(shù)處理風(fēng)量大且不含塵的低濃度常溫VOCs氣體，對(duì)低濃度的VOCs氣體采用吸附材料如活性炭或沸石轉(zhuǎn)輪等進(jìn)行吸附濃縮，然后脫附形成高濃度的VOCs廢氣，再采用催化氧化燃燒技術(shù)處理，VOCs廢氣去除率可達(dá)90%以上。

田靜等[11]采用由噴淋、干燥、吸附、燃燒四大模塊組成的吸附濃縮+催化燃燒的組合技術(shù)處理VOCs，其流程如圖11所示，將濃度低、風(fēng)量大的VOCs廢氣通過(guò)活性炭或活性炭纖維等吸附材料，達(dá)到VOCs廢氣初步凈化，然后將濃縮后的濃度高風(fēng)量小的VOCs氣體進(jìn)行催化燃燒生成CO2和H2O再排放，最終達(dá)到廢氣排放合格，國(guó)內(nèi)采用吸附濃縮-催化燃燒技術(shù)的凈化效率可達(dá)95%。

圖11 吸附濃縮-催化燃燒技術(shù)工藝流程[11]

彭芬[63]提出了吸附+催化燃燒系統(tǒng)的組合技術(shù)路線，吸附床采用兩用(處于吸附作業(yè)中)一備(采用蒸汽或空氣脫附再生作業(yè)中)，脫附產(chǎn)生的濃縮廢氣轉(zhuǎn)入催化燃燒器(換熱器、加熱器和催化燃燒室組成)進(jìn)行自熱無(wú)焰催化燃燒，同時(shí)還對(duì)吸附器選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)、吸附劑選用、VOCs廢氣預(yù)處理器去除固體雜質(zhì)等工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行論述，指出該吸附+催化燃燒組合的VOCs廢氣凈化效率高達(dá)95%以上。

田靜等[11]將光催化劑附著在吸附材料上組成吸附+光催化技術(shù)組合處理VOCs技術(shù)，該技術(shù)利用吸附劑濃縮提高VOCs濃度的同時(shí)利用光催化劑對(duì)高濃度污染物氣體進(jìn)行催化降解，進(jìn)而生成CO2和H2O，同時(shí)吸附劑吸附了光催化反應(yīng)過(guò)程中的有害物質(zhì)，降低了因光催化反應(yīng)導(dǎo)致的二次污染。

石莉等[64]采用Aspen Plus軟件對(duì)油氣冷凝和吸附組合技術(shù)的回收效果進(jìn)行模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證，指出冷凝溫度在-25 ℃時(shí)的試驗(yàn)回收率可達(dá)50%以上，并與模擬數(shù)值吻合，該組合處理油氣回收裝置的回收率可達(dá)99%以上。

田靜等[11]采用吸附+冷凝回收組合技術(shù)處理VOCs廢氣，先將VOCs廢氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器，過(guò)濾掉粉塵等固體雜質(zhì)，后通過(guò)風(fēng)機(jī)將該高濃度的氣體送入冷卻器進(jìn)行冷凝回收，然后采用活性炭纖維吸附器吸附低濃度不凝氣，最后達(dá)標(biāo)排放。

5 結(jié)語(yǔ)及展望

吸附技術(shù)被廣泛認(rèn)為是控制煤化工VOCs排放和回收VOCs再利用的經(jīng)濟(jì)、有效且具有前景的技術(shù)。

1)吸附過(guò)程就是吸附劑與被吸附質(zhì)之間相互作用的物理化學(xué)過(guò)程。物理過(guò)程包括與吸附劑結(jié)構(gòu)特性有關(guān)的宏觀過(guò)程和由范德華力、微孔填充和毛細(xì)管冷凝等因素決定的微觀過(guò)程，影響因素有吸附劑結(jié)構(gòu)特性及表面化學(xué)性質(zhì)等?；瘜W(xué)吸附過(guò)程是指吸附劑表面官能團(tuán)與被吸附質(zhì)分子之間的化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程，影響因素有吸附質(zhì)之間的競(jìng)爭(zhēng)、吸附環(huán)境(如吸附溫度、濕度、壓力及流量等)。

2)可用作吸附劑材料的有活性炭、生物炭、活性炭纖維、石墨烯、碳納米管，沸石、金屬有機(jī)骨架、黏土、硅膠、有機(jī)聚合物以及復(fù)合材料等。為了提高對(duì)VOCs氣體的吸附性能力，需采用改性技術(shù)對(duì)吸附材料的比表面積、化學(xué)官能團(tuán)和孔結(jié)構(gòu)等物理化學(xué)特性進(jìn)行調(diào)整，改性可以有針對(duì)性提高吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附效果。

3)吸附裝置主要由預(yù)處理、吸附、脫附、回收四大部分組成，典型吸附器有固定吸附床、移動(dòng)吸附床、流化吸附床(旋風(fēng)流化床)、旋轉(zhuǎn)床以及濃縮吸附轉(zhuǎn)輪等，針對(duì)不同煤化工VOCs，可選取適合的吸附器。

4)對(duì)于煤化工VOCs處理，吸附技術(shù)多與催化氧化燃燒、蓄熱燃燒技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、冷凝回收技術(shù)、生物降解、化學(xué)洗滌吸收以及低溫等離子體技術(shù)等技術(shù)組合處理VOCs氣體，進(jìn)行有利用價(jià)值VOCs氣體的回收利用，實(shí)現(xiàn)VOCs廢氣排放達(dá)標(biāo)。

由于煤化工排放VOCs氣體的濃度、流量、濕度、溫度、含固率以及氣體成分的組成各不相同，特別是VOCs氣體組成種類(lèi)繁多，化學(xué)特性各不相同，造成VOCs氣體處理難度非常大。因此，吸附處理技術(shù)研究方向主要有：① 吸附材料改性(或定向改性)、新型改性方法及新型吸附材料的研究，定向改性高效率低成本吸附材料研究；② 不同特性吸附材料及其在不同流態(tài)下的吸附理論及吸附裝置的研究；③ 吸附材料與吸附質(zhì)在吸附過(guò)程中的微觀物理化學(xué)過(guò)程研究；④ 不同吸附質(zhì)(或多種吸附質(zhì))在吸附過(guò)程中(或不同吸附材料中)的吸附競(jìng)爭(zhēng)機(jī)理研究；⑤ 多組分吸附質(zhì)在相同吸附劑中的脫附機(jī)理及高效低成本的解脫附方法及裝置的研究。⑥ 可以采用理論模擬(如密度泛函理論等)與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，不斷創(chuàng)新研究吸附技術(shù)及其組合技術(shù)，加強(qiáng)吸附之前的煤化工VOCs氣體的除塵除濕研究。

此外，由于現(xiàn)在多數(shù)試驗(yàn)研究是針對(duì)較為單一成分的煤化工VOCs氣體開(kāi)展吸附材料吸附性能等研究，今后需盡量真實(shí)地模擬實(shí)際煤化工VOCs混合氣體，開(kāi)展多組分VOCs吸附及解吸附研究：① 根據(jù)煤化工實(shí)際排放的VOCs混合氣體組分，對(duì)吸附材料如活性炭等進(jìn)行針對(duì)性改性處理，制成適合吸收水分、大分子VOCs、小分子VOCs、有極性VOCs分子、無(wú)極性VOCs分子等不同性質(zhì)的改性吸附材料。② 按照煤化工VOCs混合氣體特點(diǎn)，有針對(duì)性地選取最適合吸收該種氣體(或相近性質(zhì)氣體組)的改性吸附材料，組成特定VOCs吸附材料層。③ 根據(jù)VOCs混合氣體被吸附特點(diǎn)及先后順序，將特定吸附材料層再組合成復(fù)合吸附裝置，該復(fù)合吸附裝置中各分層之間在吸附材料解析附再生時(shí)可以嚴(yán)密分層隔開(kāi)并單獨(dú)進(jìn)行脫附處理(吸附質(zhì)回收處理)。④ 在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，將VOCs混合氣體依次經(jīng)過(guò)復(fù)合吸附裝置，實(shí)現(xiàn)VOCs混合氣體分別吸收以及實(shí)現(xiàn)吸附質(zhì)的分別脫附回收處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)VOCs廢氣排放達(dá)標(biāo)。