用活性炭替代零气源的探讨

在大气环境自动监测中，校准仪器时需要零气，即不含有监测项目气体的空气，一般情况下零气由零气源生成，但零气源笨重且需要更换药品和备件，所以在实际监测工作中，有时会用活性炭过滤杂质气体来代替零气源，即用活性炭罐吸附空气中较低浓度的大气污染物气体分子，使经过吸附后的气体满足零气要求。由于活性炭对各种污染物气体分子的吸附能力有所不同，所以并非所有情况下都可以用活性炭来代替零气源，作者在实际工作中，通过实验对此问题进行了探索。

1 实验设计

实验中使用仪器均为Thermofisher 公司环境空气监测仪器，零气源为111 型零气生成器，动态气体校准仪为146i 型动态气体校准仪，49iPS 型臭氧发生器（用来校准臭氧），环境空气自动监测仪分别为42i型氮氧化物自动监测仪，43i 型二氧化硫自动监测仪，48i 型一氧化碳自动监测仪以及49i 型臭氧自动监测仪。活性炭用塑料罐盛装，罐两端开口使得气体可以通过，一罐为活性炭130g。

在每次实验前用动态气体校准仪对环境空气自动监测仪进行校准，以减小实验误差。空压机为零气源提供动力，生成不含杂质的零气，零气与标准气体钢瓶中的已知高浓度标准气体在动态气体校准仪中混合，生成已知浓度A 的气体用来模拟空气自动监测中的环境空气，气体通过活性炭过滤后进入环境空气自动监测仪，可得过滤后浓度为B，则吸附率为A-B/A。通过B 值和吸附率判断是否可以用活性炭来代替零气源。

为了保证实验结果的准确和有效，将一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫和臭氧的气体浓度范围（A)设置为20～200ppb，一氧化碳的气体浓度范围（A)设置为2～10ppm。

2 实验结果

一氧化氮、二氧化氮和臭氧的实验结果见表1，二氧化硫的实验结果见表2，一氧化碳的实验结果见表3。

表1 一氧化氮、二氧化氮和臭氧的实验结果统计表

表2 二氧化硫的实验结果统计表

表3 一氧化碳的实验结果统计表

3 讨论与结论

按照国家规定[1]：仪器零点值SO2≤1ppb、NO2≤1ppb、O3≤1ppb、CO≤0.25ppm。依次作为判断依据，从表1 可以看出：活性炭对臭氧的吸附效果极好，由于臭氧本身具有氧化性，而活性炭可作为还原剂，所以在吸附过程中不仅是物理作用起效果，也有一部分的化学作用。所以在进入活性炭的O3浓度在200ppb 以下时均可以满足规定要求；活性炭对一氧化氮和二氧化氮也有非常好的吸附效果，吸附率极高，均在99%以上，在进入活性炭的一氧化氮和二氧化氮的浓度在100ppb以下时均可以满足规定要求。表2 的统计结果显示：活性炭对二氧化硫的吸附力不如氮氧化物强，当两瓶活性炭串联后其对二氧化硫的吸附力并没有比单瓶活性炭的吸附力提高多少；且当进入活性炭的二氧化硫浓度在100ppb 以下时，可以满足规定要求。从表3 可知：只有当进入活性炭的一氧化碳浓度在6ppm 以下时，才可以满足规定要求。而一般情况下，空气中的一氧化碳浓度多会超过这个浓度。

综合上述分析可知：活性炭对一氧化氮，二氧化氮和臭氧有极好的吸附作用，在一般情况下若校准氮氧化物自动监测仪和臭氧自动监测仪的零点，可以用气体通过活性炭罐的方法来获得零气，对于二氧化硫，由于活性炭的对其吸附能力不如前三者强，而我国作为一个煤炭大国，环境空气中的二氧化硫浓度时常会无法满足吸附要求，空气通过活性炭罐的气体不一定能用来校准二氧化硫自动监测仪的零点，对于一氧化碳自动监测仪，则绝对不应用活性炭罐来充当零气源。