Na2CO3、NaHCO3溶液吸收AKD 尾气中光气的可行性研究

马瑞进，马建国，孟 蕾，崔晓锦，杜 燕 ,王坚智 ,乔 鼎

（1.甘肃银光聚银化工有限公司，甘肃 白银 730900；2.甘肃银光化学工业集团有限公司，甘肃 白银 730900）

中性施胶剂AKD 学名烷基烯酮二聚体，是当今一种比较先进的造纸施胶剂[1]。AKD 为蜡状白色固体，熔点为40～50℃，能溶于乙醇、苯和三氯甲烷等有机溶剂，具有抗弱碱弱酸或其他渗透剂的能力。AKD中性施胶剂是反应型中性施胶剂的一种，可以同纤维中的羟基发生化学变化，能达到永久性施胶的目的，主要用于高级用纸如铜版原纸、彩色照相原纸、字典纸、档案纸、证券纸、育果袋纸等纸种[2]。

AKD 生产主要分酰化和缩合2个过程[3]，其中酰化过程中，硬脂酸同光气反应，生成硬脂酰氯和氯化氢气体和二氧化碳气体，氯化氢气体吸收后作为回收盐酸出售，二氧化碳排空过程中会夹带极其微量的光气，不设计处理装置直接排空存在环保压力和安全隐患。

AKD 生产尾气CO2中可能带有极微量的光气，使用NaOH 溶液吸收时，CO2尾气会同NaOH 溶液反应，造成NaOH 溶液大量消耗。Na2CO3、NaHCO3属于强碱弱酸盐，水解显碱性，其中Na2CO3水溶液pH=10.6，NaHCO3水溶液pH=8.3。CO2同Na2CO3溶液反应可以生成NaHCO3溶液，生成的NaHCO3极不稳定，受热极易分解，CO2逸出，因此CO2和微量的光气组成的AKD 尾气，通入Na2CO3、NaHCO3溶液进行吸收，可以忽略CO2参与反应的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料及试剂

Na2CO3·10H2O（分析纯）、NaHCO3（分析纯）、工艺水（在25℃时电导率＜1.0μs·cm-1），光气（自产）。

1.2 实验过程

准确配制2%、11%浓度的Na2CO3溶液、1%、3%、11%浓度的NaHCO3溶液和1%、3%的Na2CO3和NaHCO3混合溶液，分别加入2000mL 三口圆底烧瓶中，通入光气，光气流量约为10L·h-1，开搅拌，20～30min 取样，尾气使用12%～18%NaOH 溶液吸收，通过分析NaCl 含量，折算成吸收光气的质量。

1.2.1 Na2CO3溶液浓度对光气吸收的影响

分别使用2%和11%的Na2CO3溶液作为光气吸收液时，随着吸收时间增加，溶液中吸收的光气量不断增大，光气吸收量增加同吸收时间变化曲线见图1。从分析数据可以看出，使用2%浓度的Na2CO3溶液吸收时，单位时间光气的吸收量比使用11%浓度时有所提高，说明低浓度Na2CO3溶液对光气吸收较好，其中2%浓度时光气平均吸收速率约为5.34g·h-1，11%浓度时光气平均吸收速率约为3.27g·h-1，随着CO32-不断消耗，曲线斜率不断减小。

图1 不同浓度Na2CO3溶液吸收光气变化曲线

1.2.2 NaHCO3溶液浓度对光气吸收的影响

分别使用1%、3%和7%的NaHCO3溶液作为光气吸收液，其光气吸收量同浓度变化曲线见图2。从变化曲线可以看出，NaHCO3溶液浓度变化对光气吸收同Na2CO3溶液吸收时比较相似，光气吸收量随NaHCO3溶液浓度变大而减小，说明吸收液浓度降低有利于光气吸收，1%、3%和7%的NaHCO3溶液吸收光气的平均速率分别约为7.15g·h-1、5g·h-1、3.35g·h-1。

图2 不同浓度NaHCO3溶液吸收光气变化曲线

1.2.3 Na2CO3、NaHCO3混合溶液浓度对光气吸收的影响

分别配制Na2CO3和NaHCO3浓度均为1%、3%两组混合溶液作为光气的吸收液，其光气吸收量同浓度变化曲线见图3。Na2CO3和NaHCO3溶液组成的缓冲体系，其吸收光气质量同样随溶液浓度减少而提高。其平均吸收速率分别为2.97g·h-1、4.51g·h-1。

图3 不同浓度Na2CO3、NaHCO3混合溶液吸收光气变化曲线

1.2.4 溶液pH 值与浓度对应关系

选择3%浓度的NaHCO3溶液作吸收液时，测定溶液浓度与pH 值对应曲线见图4。

从图4 可以看出，随着NaHCO3溶液浓度不断减少，其溶液的pH 值随之降低，当吸收时间达到80min 时，溶液pH 值＜7，主要是由于光气水解后生成HCl，造成溶液显酸性，此时Cl-浓度增大是以光气水解为主。

图4 NaHCO3溶液浓度与pH 值对应曲线

2 结论

（1） 从实验数据可以看出，Na2CO3、NaHCO3溶液吸收光气的质量随溶液浓度增大而变小。Na2CO3、NaHCO3溶液浓度减小，相当于增大了工艺水加入量，Na2CO3、NaHCO3属于强碱弱酸盐，水解反应过程中，增大工艺水量可以促进水解反应，生成OH-速率加快，从而吸收光气的速率也相应加快。

（2） Na2CO3电离生成Na+和CO32-，CO32-水解过程包括一级水解、二级水解，其中以一级水解为主。NaHCO3电离生成Na+和HCO3-，HCO3-水解过程属于二级水解。经过水解生成的OH-同光气发生反应，生成Cl-，随着反应持续进行，Cl-浓度不断增大，由于是小试试验，各吸收液均为一次性吸收，Na2CO3、NaHCO3消耗完全后，Cl-浓度增大是以光气水解为主。

（3） 在目前实验条件下，分别使用Na2CO3、NaHCO3溶液和Na2CO3、NaHCO3混合溶液作为吸收液，对光气均有不同程度的吸收效果，从计算结果看，其中1% NaHCO3溶液的吸收效果较为理想，从实验数据可以看出对于CO2中微量光气（ppm 级），使用Na2CO3、NaHCO3溶液及混合溶液可以很好地吸收，同时可以避免因为使用NaOH 溶液作为吸收液因同CO2反应而造成大量消耗。

[1]龙春梅，蒋文伟.AKD 的化学合成[J].应用化工，2005(2)：128-130.

[2]祁秀秀，王顺明.烷基乙烯酮二聚体的合成影响[J].化工时刊，2005(12)：30-31.

[3]张国运，徐永健，沈一丁.AKD 型中（碱）性施胶剂的概况及发展[J].天津造纸，2002(1)：13-16.