吸附主要的作用乃将废气中之物质,通过一多孔固体,使之附着于其固体表面上,来达到去除之目的。吸附的机制一般依键结作用方式可分为物理吸附及化学吸附两种。
物理吸附之主要作用为凡得瓦力,其为分子与吸附剂表面形成一微弱之吸引力,包括了伦敦扩散力与静电吸引力两种。物理性吸附之特征包括了:低吸附热(通常其吸附热小于2 至3 倍之蒸发潜热)及快速而可逆之吸附平衡。
化学性吸附亦称活性吸附,其吸附质与吸附剂之间产生了化学键结作用,当形成共价键时,称为弱化学吸附;形成离子键,称为强化学吸附。若形成强化学吸附时,将使脱附变得不可行。一般在常温操作时之吸附多属物理性吸附,而在高温时(大于200℃)之吸附,其活化能即足以破坏化学键,形成化学性吸附。
对大部份气态污染物之控制而言,其多为物理吸附现象,故可轻易藉脱附操作而使吸附剂再生利用,而活性碳对各种有机物质之吸附容量如下表所示。
活性碳吸附塔于吸附时,可约略分为三个区域:吸附带(adsorptionzone, AZ)、饱和带(saturation zone, SZ)及干净带(clean zone, CZ)。吸附带指的是真正进行吸附之区域,饱和带则已完成吸附,干净带表尚未进行之区域。随着吸附塔操作时间之增加,吸附带将逐渐下移,而使得饱和带越来越大,直到气体于吸附塔中之厚度不再为一低而稳定之值,气体出口厚度达到贯穿点(break point)时,此时吸附带位于吸附塔最下方,而干净带已完全消失。当吸附带愈窄时,表示贯穿曲线愈峭急,吸附床之利用率愈好。然而通常吸附床之利用率往往不若等温吸附曲线所预估得之饱和吸附量,其原因除了吸附带有一定之宽度,而无法被利用外,其它原因包括了吸附过程本身放热,而使得床温升高影响吸附,此外气流中之水汽,以及经脱附后之吸附剂中仍含有部份之水汽,均降低了等温吸附所预估之吸附量,其实际之吸附量甚至常在预测值之40 %以下,一般活性碳对挥发性有机物之饱和吸附量约为0.1 至0.3kgVOCS/kg 活性碳。
活性碳对各种有机物质之吸附容量
臭味来源 |
成分 |
吸附容量% |
臭味来源 |
成分 |
吸附容量% |
木精 |
(醇类)
乙醇 |
21 |
溶剂 |
(酮类)
丙酮 |
10 |
溶剂 |
甲醇 |
10 |
溶剂 |
二乙基甲酮 |
30 |
离醇油 |
丁醇 |
34 |
溶剂 |
丁酮 |
10 |
|
戊醇 |
35 |
溶剂 |
甲基异丁基酮 |
20 |
药品 |
(有机酸类)
醋酸 |
37 |
溶剂 |
(芳香烃类)
苯 |
23 |
体臭 |
酪酸 |
35 |
|
硝基(代)苯 |
20 |
药品 |
甲酸 |
7 |
溶剂 |
甲苯 |
25 |
棕榈油 |
棕榈酸 |
35 |
溶剂 |
二甲苯 |
26 |
|
丙酸 |
30 |
|
(脂肪类碳化氢) |
|
|
丙烯酸 |
20 |
燃料 |
丙烷 |
5 |
动物臭 |
辛酸 |
35 |
煤气 |
丙烯 |
5 |
刺激臭 |
胺 |
一些 |
灯油成分 |
癸烷 |
35 |
|
溴 |
40 |
汽油成分 |
庚烷 |
20 |
黏胶 |
二硫化碳 |
15 |
汽油成分 |
己烯 |
10 |
溶剂、灭火用 |
四氯化碳 |
45 |
灯油成分 |
壬烷 |
30 |
颜料制造 |
氯 |
15 |
燃料 |
丁烷 |
8 |
药品 |
溴化氢 |
12 |
|
(醚类) |
|
燃烧气体 |
氯化氢 |
12 |
医药品 |
乙醚 |
15 |
氟 |
氟化氢 |
10 |
溶剂 |
二异丙醚 |
18 |
|
碘化氢 |
15 |
|
甲醚 |
10 |
腐蛋臭 |
硫化氢 |
3 |
溶剂 |
丁醚 |
20 |
|
碘 |
40 |
|
(酯类) |
|
药品 |
硝酸 |
20 |
漆溶剂 |
醋酸戊酯 |
41 |
燃烧气体 |
二氧化氮 |
10 |
漆溶剂 |
醋酸丁酯 |
28 |
放电管 |
臭氧 |
分解氧 |
漆溶剂 |
醋酸乙酯 |
19 |
燃烧排气 |
二氧化硫 |
10 |
漆溶剂 |
醋酸丙酯 |
23 |
燃烧排气 |
三氧化硫 |
15 |
溶剂 |
醋酸甲酯 |
16 |
药品 |
硫酸 |
30 |
|
(醛类) |
|
|
(卤化烃类) |
|
药品、燃烧排 |
乙醛 |
7 |
干洗用 |
三氯乙烯 |
13 |
气臭 |
丙醛 |
15 |
麻醉用 |
三氯甲烷 |
40 |
柴油废你 |
丁醛 |
20 |
防腐用 |
三碘甲烷 |
30 |
合成用剂 |
|
|
|
异丙基氯 |
20 |
燃烧排气臭 |
甲醛 |
很少 |
冷媒 |
氯化甲烷 |
5 |
|
(其它化合物) |
|
|
二氯甲烷 |
25 |
苯酚树脂 |
石碳避 |
30 |
|
四氯代甲烷 |
60 |
医院消毒液臭 |
甲酚 |
30 |
牛皮纸浆、黄萝卜硷菜臭 |
(硫醇类)
甲硫醇 |
20 |
排泄物
溶剂
体臭、脚臭 |
粪臭素
松节油
吉草酸 |
25
32
35 |
蒜、葱、污水 |
乙硫醇 |
23 |
|
盖醇 |
20 |
|
丙硫醇 |
25 |
烟草臭 |
烟硷 |
25 |
|
|
|
|
茨酮 |
20 |
*吸附容量:指吸附量与活性碳重量之百分比
资料来源:恶臭防制技术参考手册第三册。
对于挥发性有机气体(VOCs),利用吸附方法来净化空气为国外常用的方法之一。亦即利用各种吸附剂特殊之吸附作用来除臭、除毒,或是利用吸附方法来回收气态废溶剂。由于适用的厚度范围广,一般从低厚度(即500.600ppm)至中、高厚度(爆炸范围以下),并且效果佳,因此广泛被使用。在国外使用的效果,回收效率普遍可达90.95%以上,较佳的情况更达99%以上。对于半导体、光电与电子业者,系属于大风量(450.1500CMM)、低厚度(<500ppm As CH4),对于VOCs 的处理建议使用活性碳吸附系统,费用相当低廉,并且安全,无二次污染之疑虑。此法目前为日本、美国、欧盟等国家广泛被使用,并且也是未来处理VOCs 的主要趋势。事实上,无论是半导体业、光电业、电子业,都可以使用活性碳与回收设备处理VOCs,其优点如下:
1. 初设成本较低
2. 确保减废效率
3. 操作成本较低
4. 无二次污染问题
5. 费用低廉,技术成熟
6. 平常可以维修,不需要有备用设备,避免造成不必要浪费
活性碳吸附效率对于半导体业而言,由于特殊的时空背景,在专业活性碳厂商未涉入情况下,许多专业活性碳该有的效能未被发挥,甚至被误认为在半导体大风量、低厚度250.350ppm(AS CH4)的情况下,活性碳减废效率无法达到90%以上。事实上,活性碳对于大风量、低厚度的混合型挥发性有机气体(VOCs),连续24hrs 作业,减废效率可轻易达到95%以上。