非金屬礦復(fù)合吸附劑對實(shí)驗(yàn)室廢酸氣吸附性能應(yīng)用研究

梁雅琪， 蔡 浩， 龔 關(guān)， 徐 磊

(1.湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心,湖北 武漢 430034; 2.湖北華祥建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司,湖北 武漢 430034)

環(huán)境與人們的生活息息相關(guān),保護(hù)環(huán)境、防治污染是治理環(huán)境問題的根本。全國各類化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室主要分布在企業(yè)、各大高校及科研院所中,且大多數(shù)處于市中心或居民區(qū),在對樣品進(jìn)行酸處理時(shí)排放的大量酸廢氣,對大氣及周圍人群有著潛在的危害性。國家環(huán)?？偩职l(fā)布[2004]15號文《關(guān)于加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室類污染環(huán)境監(jiān)管的通知》,規(guī)定從2005年1月1日起將各類實(shí)驗(yàn)室納入環(huán)保監(jiān)管范圍,足見實(shí)驗(yàn)室對環(huán)境的嚴(yán)重危害性。因此,研究化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室廢氣治理有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí)驗(yàn)室酸廢氣治理現(xiàn)狀

目前國內(nèi)各類化學(xué)實(shí)驗(yàn)室處理廢氣方法,主要是在屋頂天臺(tái)處建造不同類型的吸收塔,通過在其中設(shè)置的吸附劑(吸附液)凈化酸氣。目前國內(nèi)常用的吸附方法主要有以下幾種：堿液吸收法、活性炭吸附法、光催化吸附法、等離子法等。堿液吸收法主要利用典型的化學(xué)酸堿中和反應(yīng),常用的化學(xué)試劑有氫氧化鈉溶液、氨水、碳酸鈉溶液等,堿液吸收設(shè)備簡單,操作容易,投資少,但吸收效率較低[1]?；钚蕴课椒ㄖ饕没钚蕴康亩嗫?、比表面積大的物理性質(zhì),有效吸附低濃度廢酸氣,但活性炭有效周期較短,一旦吸附飽和后,容易在溫度較高的條件下,將已吸附的物質(zhì)再次釋放,引起二次污染,且活性炭回收再生成本較高[2],直接丟棄則易引起資源浪費(fèi),環(huán)境污染。光催化吸附法是利用紫外光對廢氣進(jìn)行分解,等離子法是對廢氣加壓處理,這兩種方法均需要整套定制運(yùn)行設(shè)備,并配備相應(yīng)的專業(yè)維護(hù)人員,對裝置的要求高、投資大,且對排放廢氣的濃度有一定要求,實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)普及。

因此,當(dāng)前化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室廢氣的吸附治理急需突破現(xiàn)狀,尋找性能穩(wěn)定,成本低,易于操作管理、處理及回收過程安全環(huán)保的方法。

2 非金屬礦復(fù)合吸附劑的研制

非金屬礦具有取材范圍廣、無污染、成本低等特點(diǎn),利用非金屬礦物及材料特性對實(shí)驗(yàn)室廢酸氣進(jìn)行處理,是符合環(huán)保要求、成本及管理要求的思路。筆者團(tuán)隊(duì)利用非金屬特點(diǎn)復(fù)合制成的吸附劑,不僅利用了沸石、膨潤土等礦物分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(物理吸附),也利用了非金屬礦物中的堿金屬離子與酸氣中的酸根離子的化學(xué)反應(yīng)。在雙重吸附方式的作用下,非金屬礦復(fù)合吸附劑具有更好的吸附能力和較長的使用周期。使用周期結(jié)束后,吸附劑與廢酸氣反映的生成物對環(huán)境無害,可以直接回歸自然,減少回收的步驟與成本。

3 非金屬礦復(fù)合吸附劑的效果測試

為檢驗(yàn)新型復(fù)合吸附劑對廢酸氣的實(shí)際吸附效果,筆者團(tuán)隊(duì)在某地質(zhì)測試研究所選取兩個(gè)獨(dú)立的15#及18#化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對應(yīng)的廢氣吸收塔作對比試驗(yàn),試驗(yàn)采用該實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前使用的市售活性炭型吸附劑產(chǎn)品作參照樣品,在實(shí)驗(yàn)室頂樓的廢氣吸收塔處理裝置中分別堆入相同質(zhì)量的研制吸附劑和市售吸附劑,檢測期間,保持兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)工藝、工況及環(huán)境一致,采集吸收塔排放口的氣體樣品進(jìn)行測試。

3.1 樣本采集

參照綜合《固定污染源廢氣 氟化氫的測定 離子色譜法(暫行)》(HJ 688—2013)及《環(huán)境空氣和廢氣 氯化氫的測定 離子色譜法(暫行)》(HJ 549—2009 )兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn),適用于本試驗(yàn)的采樣方案設(shè)定如下：

吸收液0.05 mol/L的KOH吸收液40 mL;

吸收裝置雙通道大氣采樣儀,大氣采樣管,且兩管并聯(lián),設(shè)定0.5 L/min的采樣流速采樣2 h,兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)同步采樣。

3.2 測試方法

3.3 測試結(jié)果

為了測試吸附劑性能持續(xù)性及更換周期,本次試驗(yàn)歷時(shí)四個(gè)月,通過四次樣品采集對比試驗(yàn)，其結(jié)果見表1、圖1。

通過以上數(shù)據(jù)分析,基本可以得出以下三點(diǎn)結(jié)論：①研發(fā)的非金屬礦復(fù)合吸附劑相比于目前實(shí)驗(yàn)室使用的市售活性炭吸附劑,具有更好的吸附能力;②兩種吸附劑在使用過程中,吸附能力均呈現(xiàn)逐漸減弱態(tài)勢,但相比之下,非金屬礦復(fù)合吸附劑對廢氣中F-、Cl-離子的吸附能力減弱幅度較?。虎鄯墙饘俚V復(fù)合吸附劑更節(jié)約成本。

表1 兩種吸附劑實(shí)際試驗(yàn)對比結(jié)果

圖1 兩種吸附劑作用下各離子含量增長情況圖

3.4 結(jié)果分析

試驗(yàn)場所所用的市售吸附劑主要是活性炭類吸附劑,這種吸附劑主要以物理吸附為主,兼有少量的化學(xué)吸附性能,活性炭較大的比表面積,使它在前期對廢氣有吸附的功效。由于發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)微乎其微,活性炭固定離子能力有限,因此當(dāng)吸附空間被廢氣充填達(dá)到飽和,其吸附能力迅速減退至消失。使用周期結(jié)束后,由于物質(zhì)的特殊性,直接回歸自然會(huì)造成環(huán)境問題,因此需經(jīng)過回收工序進(jìn)行處理。

筆者團(tuán)隊(duì)利用非金屬特點(diǎn)復(fù)合制成的吸附劑,對酸氣處理采用了“物理吸附+化學(xué)吸附”模式,且對設(shè)備要求低,更換過程不會(huì)造成對環(huán)境的二次污染,可以廣泛應(yīng)用于化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室。

4 結(jié)論

(1) 將非金屬礦復(fù)合吸附劑與市售活性炭吸附劑在實(shí)際應(yīng)用場合中進(jìn)行對比試驗(yàn),前者的整體吸附能力強(qiáng)于后者,且使用周期較長;

(2) 非金屬礦復(fù)合吸附劑減少了回收處理的工序,成本比活性炭吸附劑低,更適合投入大規(guī)模的生產(chǎn)使用中;