挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）是影响环境空气质量的一类重要气态污染物。活性炭作为吸附剂常被用于VOCs废气的净化处理。吸附饱和的活性炭需进行再生,以实现循环利用。在活性炭热再生过程中,普遍存在因VOCs脱附效率低、脱附浓度波动大而导致的后续处置设备能耗增高、发生爆炸等问题。为实现VOCs高效、稳定脱附,本文设计并搭建了两套中试实验装置,以甲苯和乙酸乙酯为目标VOCs污染物,进行了饱和吸附活性炭的高温真空脱附及循环热氮气脱附中试研究;并基于中试实验结果,开展了真空热脱附和循环热氮气脱附VOCs的工程应用研究。在活性炭高温真空脱附实验中,研究了脱附温度对VOCs脱附浓度的影响,发现温度是影响脱附效率的关键因素;采用阶梯式升温模式,可有效稳定VOCs脱附浓度。从不同真空脱附模式对VOCs脱附效率的影响研究结果发现:在“抽三常一”（抽真空三分钟、恢复常压一分钟）的模式下,甲苯的最高脱附率为85%,乙酸乙酯的最高脱附率为87%。进一步通过“抽三常一”与阶梯式升温的脱附模式相结合,实现了甲苯和乙酸乙酯的高效稳定脱附。基于中试实验结果,设计移动式脱附再生工程并进行示范应用,结果表明:采用“抽七常一”（抽真空七分钟、恢复常压一分钟）和阶梯式升温相结合的脱附模式,可以达到最佳的脱附效果;活性炭的平均脱附率在86%,脱附浓度波动较小。本文以乙酸乙酯为目标VOCs污染物,开展了活性炭循环热氮气脱附中试实验。在保证高脱附率（85%以上）的前提下,分别探究了阶梯式升温和氮气流量对脱附浓度稳定性的影响,均发现前期脱附浓度较高,波动较大,脱附浓度峰值分别为5.2×10~4 mg/m~3、5.5×10~4 mg/m~3。进一步考察阶梯式升温和改变氮气流量的协同作用对脱附浓度的影响,结果发现:采用阶梯式升温,同时降低脱附前期的氮气流量,脱附浓度前期基本稳定在安全范围内（低于乙酸乙酯的爆炸下限45345.83 mg/m~3）。基于中试实验结果,设计并开展循环热氮气脱附再生示范工程应用研究,结果表明:采用阶梯式升温、并减少脱附前期氮气流量可更好地稳定VOCs脱附浓度;活性炭的平均脱附率为85%,脱附浓度波动较小。费效核算表明:移动式脱附再生工程造价为61.79万元,运行费用为65551.6元/年;循环热氮气脱附再生工程造价为70.75万元,运行成本为87587.2元/年。与同类工程案例相比,本论文中的两个示范工程不但脱附率及浓度稳定情况更优,造价和运行成本也更低,能够降低企业对污染治理的投资,满足企业对吸附剂再生的需求,展现出优异的工业应用前景。