乙二醛脱色用活性炭的重复利用

2010-10-12施忠贤胡淑芳季云娣曾碧照

上海化工 2010年8期

关键词：吸附力节省色度

施忠贤李楠胡淑芳季云娣曾碧照

华谊集团上硫化工有限公司（上海 200431）

乙二醛脱色用活性炭的重复利用

施忠贤李楠胡淑芳季云娣曾碧照

华谊集团上硫化工有限公司（上海 200431）

对乙二醛脱色用活性炭进行了再生和重复利用实验研究，结果表明，通过简单的方法难以使活性炭再生，但一次脱色后活性炭仍具有较好的吸附能力，可重复使用，可大幅减少活性炭的使用量和产品的带损量，同时减少了脱色后活性炭的处理量，由此每年能为企业创造经济效益100万元。

活性炭脱色再生

很多化工生产过程中，脱色是其中一个重要的环节，不仅改善产品外观也提高了产品的质量[1]。华谊集团上硫化工有限公司核心产品乙二醛的脱色采用常规活性炭吸附的方法[2]，在降低产品色度的同时，也大大提高了产品的市场竞争力。由于乙二醛生产规模大，公司的活性炭年消耗量达到100 t以上，且由于活性炭具有大的比表面，吸附能力强[3]，活性炭在压滤后仍然带有一定量的产品，而这部分产品随着活性炭的处理而被损耗，因此每年产品随活性炭的带损量达到150 t以上，直接经济损失超过百万。另外，从安全环保角度来讲，脱色后的活性炭长时间堆积易发生自燃，存在安全隐患，其处理也存在一定难度。因此，若能将活性炭重复利用或再生，可以减少活性炭的消耗量和产品的带损量，经济上能降低乙二醛的生产成本，安全环保上可消除安全隐患。

本实验主要研究了脱色后活性炭的重复利用、再生以及其中吸附产品的回收，通过实验测得活性炭中的乙二醛带损量以及回收方法和回收率，研究脱色后活性炭重复使用的情况，同时将吸附饱和的活性炭进行蒸馏水洗脱烘干，以简单可行的处理方法研究它的再生性能，最后将实验结果应用于车间，评价其在实际生产中的效果。

1 实验部分

1.1 试剂

活性炭（华谊集团上硫化工有限公司），去离子水（自制），40%乙二醛（华谊集团上硫化工有限公司，工业级）。

1.2 实验及分析方法

在三个烧杯中分别取100 g车间脱色后活性炭，分别加入150、200、260 mL去离子水，搅拌20 min后抽滤。滴定分析滤液中乙二醛的含量，并通过计算得到乙二醛的回收率。

取一定量车间脱色后活性炭，直接重复脱色直至活性炭吸附饱和无脱色能力。等量取3份吸附饱和的活性炭，A份不做任何处理，B份用蒸馏水（水与活性炭质量比10∶1）洗涤后抽干，C份同样洗涤后抽干并在150℃烘箱内烘干。将3份活性炭分别对相同比例的乙二醛粗品进行脱色，最后记录它们的色度范围。色度范围通过与铂-钴标准溶液的目测比较得到。

1.3 生产性试验方法

在车间将脱色后的活性炭重新加入脱色釜中，在常规操作后分析产品的色度，若色度达到标准则继续重复使用，也可加入少量新鲜活性炭，分析活性炭重复使用的可行性和效果。

2 结果与讨论

2.1 活性炭带损乙二醛量的计算

由于压滤工艺中滤饼形成的需要，每次至少加入40 kg的活性炭。以40 kg活性炭处理8 t乙二醛，1 t活性炭吸附1.6 t乙二醛（车间活性炭使用前后称重得到），年产2.5万t乙二醛计算，则每年活性炭用量为：

2.2 脱色活性炭中乙二醛的回收

表1 脱色活性炭中乙二醛的回收

由表1可知，活性炭脱色乙二醛后经水洗可回收大部分被吸附的乙二醛，但回收液体总量不易过大，因此加水量要适当。当采用260 mL蒸馏水洗脱活性炭时，得到约260 g的9.29%乙二醛，折算成品质量浓度40%的乙二醛，回收量为60.39 g，回收率98.2%，可以达到吸附的乙二醛基本全部回收的效果。

2.3 活性炭的重复利用及再生

2.3.1 活性炭的重复利用

取车间脱色后活性炭150 g，直接用于粗品乙二醛脱色，重复使用直至脱色后乙二醛色度大于15，结果见表2。

表2 活性炭脱色

由表2可知，当重复脱色至第11次时，乙二醛色度才超过15。前10次累计脱色18 505 g乙二醛，脱色比例为：活性炭（用过）∶乙二醛=0.81%，相当于活性炭（新鲜）∶乙二醛≈0.31%，均为质量比。

实验表明，车间使用过的活性炭仍具备脱色能力。虽然一次取样的活性炭不能代表一种必然现象，但是若能对每次脱色后的活性炭进行取样脱色实验，优则用，劣则弃，保证每批活性炭能够充分利用，这样既可减少每年活性炭的使用量，又可降低乙二醛的损耗。目前活性炭加入比例为每8 t乙二醛加入40 kg新鲜活性炭，加入比例为：活性炭（新鲜）∶乙二醛=0.5%，则每年能减少（1-0.31%÷0.5%）=38%的活性炭用量，活性炭7 800元/吨，乙二醛6 000元/吨，则每年节省：

2.3.2 活性炭的水洗再生及机理讨论

活性炭的再生实验结果见表3，其中活性炭比例（新鲜）为0.3%。

表3 活性炭水洗再生实验结果

由表3可看出，三次实验的乙二醛色度均大于30，之间的色度差别亦不明显，说明乙二醛聚合物（显色物质）被活性炭吸附后不易脱附，水洗和150℃下烘干仍然无明显脱附。因此，常规水洗烘干不能达到活性炭的再生。

活性炭具有多孔结构，大量的微孔增加了它的表面积，通常活性炭的表面积都大于500 m2/g，因此活性炭也具有了大的比表面能。自然界中都有物质能量自动下降以保持稳定的特点，而活性炭就是具有大的吸附能力，通过吸附以降低其比表面能。活性炭吸附力的变化主要取决于两个方面，一是通常情况下，比表面越大，活性炭吸附力就越大；二是在液相中，一般来说吸附力随着有机物分子量的增加而增大。由于活性炭孔的大小一定，吸附物分子太小，吸附力就小，吸附物分子太大又进不去，因此当活性炭具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔时，该活性炭此时的吸附力最大。

本实验中，乙二醛中有色物质主要是一些聚合物，具有较大的分子量，从实验结果看，活性炭吸附该类聚合物的能力强，说明该聚合物的分子量足够大且仍然可以进入活性炭的孔道。洗脱液无色且含有大量乙二醛，说明该聚合物的吸附力远大于乙二醛分子，其不能以常温水洗的方式脱附，且在150℃下，该聚合物不能分解亦不能脱附，导致活性炭吸附能力未得到恢复，从而无法继续脱色使用。由于活性炭在惰性气体的保护下的高温焙烧和活性炭的高温水蒸气处理这两种方法从经济上不具备优势，因此本实验没有加以讨论。

2.3.3 生产性实验结果

车间试验结果见表4：

表4 车间活性炭重复利用情况

前5次脱色结果中，乙二醛的色度均小于15，都达到成品规格，第六次脱色后色度超标。其中活性炭重复的第三次的色度最接近15，表明40 kg活性炭可以成功脱色8 t乙二醛粗品三批次，再次重复的可行性不高，而若在后面的脱色中加入5 kg新鲜活性炭，仍可达到脱色的目的。五次脱色平均使用10 kg活性炭，脱色比例为：活性炭（新鲜）∶乙二醛＝0.125%，与原工艺条件活性炭（新鲜）∶乙二醛＝0.5%相比，仅为25%。由于活性炭过滤工艺中，40 kg是滤饼形成的基本重量，因此活性炭每次的使用量不易减少，而应通过工艺改造使活性炭得到重复利用，以实现经济和环保的双赢。

由于生产试验中采用了活性炭重复利用及少量添加新鲜活性炭的方法，效果较小试实验更加明显，可以节省活性炭约75%，若依然按照活性炭7 800元/吨，乙二醛6 000元/吨计算，则每年节省：

125×75%×7 800+125×75%×1.6×6 000=163.13万元

同时若能将使用过活性炭中的乙二醛加以回收，以回收率98.1%计算，则可回收乙二醛：

125×25%×98.1%=30.66 t

节省资金：

30.66×6 000=18.40万元

则每年可节省资金总计达到：

163.13+18.40=181.53万元

小试实验中活性炭重复利用后可节省38%，而车间实验结果为节省75%。这主要是因为车间的活性炭有“以旧带新”的使用方式，活性炭的使用更加充分；且小试实验中活性炭使用量不多，在每次过滤时会有少量的损失，使得活性炭的重复效果很差。