酚醛活性碳纖維對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)廢氣的吸附處理研究

劉常玉，呂德峰，呂占美

(山東萊蕪潤(rùn)達(dá)新材料有限公司，山東 濟(jì)南 271100)

環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中使用環(huán)氧氯丙烷做為原料，使用甲苯作為溶劑，在反應(yīng)階段和蒸發(fā)階段產(chǎn)生環(huán)氧氯丙烷廢氣，在脫除甲苯階段產(chǎn)生甲苯真空泵廢氣[1]。由于生產(chǎn)過(guò)程中原料的循環(huán)套用，導(dǎo)致產(chǎn)生環(huán)氧氯丙烷和甲苯的混合廢氣，是大氣臭氧和二次有機(jī)氣溶膠污染的重要前體物，屬于國(guó)家嚴(yán)格限制排放的揮發(fā)性有機(jī)物，直接排放不僅造成資源的極大浪費(fèi)，還會(huì)嚴(yán)重影響周邊環(huán)境空氣質(zhì)量，必須對(duì)該有機(jī)溶劑廢氣進(jìn)行處理。

有機(jī)廢氣處理常用方法中吸附法因操作方便、能耗低、去除率高、無(wú)二次污染、吸附劑易再生循環(huán)使用等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。目前，顆?；钚蕴?GAC)是研究和應(yīng)用最多的吸附劑。酚醛基活性炭纖維(PACF)具有微孔豐富、孔徑小且分布窄、比表面積大、吸附范圍廣、吸附容量大、吸脫速度快、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。在污水處理，有機(jī)溶劑的回收，天然氣容器制備、氣體凈化裝置等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值[2-4]。

使用酚醛基活性炭纖維作為吸附材料對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中的混合廢氣進(jìn)行處理未見(jiàn)報(bào)道。本文使用自制酚醛基活性碳纖維對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂廢氣進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)下一步的工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 材料和儀器

酚醛基活性炭纖維(PACF)：自制。PACF的物性參數(shù)見(jiàn)表1。環(huán)氧氯丙烷、甲苯：工業(yè)級(jí)。氣相色譜儀：浙江福立分析儀器股份有限公司。蠕動(dòng)泵：河北保定申辰泵業(yè)有限公司。流量計(jì)：北京七星華創(chuàng)流量計(jì)有限公司。

表1 PACF的物性參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)裝置由配氣系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、吸附柱、測(cè)試系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)：由配氣裝置配置好的一定濃度的有機(jī)氣體，送入吸附柱，進(jìn)行吸附處理．吸附柱為盤(pán)管式不銹鋼柱，可通水和蒸汽進(jìn)行吸附和脫附操作。在吸附柱入口的旁通管處測(cè)試混合氣體的入口濃度，在吸附柱出口處測(cè)試出口濃度。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)設(shè)定混合氣體比例為環(huán)氧氯丙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)占15%(以下簡(jiǎn)稱廢氣A)和85%(以下簡(jiǎn)稱廢氣B)兩種情形。

在吸附過(guò)程中，吸附帶開(kāi)始在吸附柱的出口出現(xiàn)時(shí)，單位質(zhì)量吸附劑中的吸附量稱為穿透吸附量，此時(shí)的吸附時(shí)間為穿透吸附時(shí)間。隨吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)被纖維表面吸附的分子數(shù)與逸出的分子數(shù)相等時(shí)，吸附達(dá)到平衡，吸附質(zhì)在單位質(zhì)量吸附劑中的吸附量稱為飽和吸附量，此時(shí)的吸附時(shí)間為飽和吸附時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2．1 廢氣進(jìn)口濃度對(duì)PACF吸附的影響

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證混合氣體濃度為1000，2000，4000mg/m3，流量0.6L/min時(shí)，PACF對(duì)混合氣體的吸附情況。在圖1中，可看到吸附曲線形狀受進(jìn)口濃度的影響，進(jìn)口濃度越大，傳質(zhì)區(qū)越短，因而斜率相應(yīng)越大，同時(shí)所需達(dá)到吸附平衡時(shí)間越短。圖2為廢氣B的吸附曲線，總體趨勢(shì)同圖1，但相同的吸附時(shí)間內(nèi)出口濃度較低，吸附量較大。

圖1 廢氣A進(jìn)口濃度對(duì)PACF吸附的影響

圖2 廢氣B進(jìn)口濃度對(duì)PACF吸附的影響

2．2 廢氣流量對(duì)PACF吸附混合廢氣的影響

在廢氣濃度為1000mg/m3的條件下，廢氣流量對(duì)PACF吸附混合氣體的影響見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)：廢氣流量由0.6L/min增至1.8L/min時(shí)，兩種廢氣PACF的穿透時(shí)間縮短至原來(lái)的11%和15%；穿透吸附量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)；當(dāng)廢氣流量為1.4L/min時(shí)，PACF穿透吸附量均達(dá)最大值，分別為337mg/g和394mg/g。

表2 廢氣流量對(duì)PACF吸附混合廢氣的影響

2．3 循環(huán)重復(fù)使用對(duì)PACF吸附性能的影響

依據(jù)溶劑沸點(diǎn)設(shè)定脫附溫度為150℃、脫附時(shí)間為30min的條件下，穿透吸附量隨重復(fù)使用次數(shù)的變化見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)：PACF重復(fù)使用時(shí)，穿透吸附量呈下降趨勢(shì)；PACF重復(fù)使用4次后基本達(dá)吸附穩(wěn)定值。由于脫附溫度和脫附時(shí)間的關(guān)系，PACF脫附不完全，導(dǎo)致穿透吸附量下降。多次循環(huán)使用后，PACF對(duì)兩種廢氣的吸附量接近，可能是由于環(huán)氧氯丙烷脫附較困難。

圖3 循環(huán)次數(shù)對(duì)PACF性能影響

3 結(jié)論

PACF對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)廢氣具有良好的吸附性能。在廢氣濃度為1000mg/m3，流量為1.4L/min時(shí)，PACF穿透吸附量達(dá)394mg/g。對(duì)環(huán)氧氯丙烷含量高的廢氣其吸附性能優(yōu)異。

提高廢氣進(jìn)口濃度，穿透曲線斜率越大，達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間越短，需要進(jìn)行頻繁的脫附過(guò)程，因此進(jìn)氣濃度不宜太高，以2000mg/m3以下較好。

多次循環(huán)使用后，PACF仍保持良好的吸附性能，穿透吸附量在260mg/g以上。由于環(huán)氧氯丙烷脫附較困難，兩種混合氣體最終吸附性能接近。