基于吸附法的氨气试验处理研究

2017-07-10董丽英

当代化工 2017年7期

董丽英

摘要：针对室内检测中氨气给人体带来的危害，提出一种基于沸石分子筛改性的室内氨气吸附处理方法。为验证沸石分子筛改性的可行性，利用氨气与金属氯化物容易形成络化物的原理，对13X沸石分子筛进行改性，得到经氯化铜和氯化镍改性后的吸附效果更佳；以改性后的13X沸石分子筛作为原材料，分析不同吸附颗粒大小、浸渍液浓度、吸附压力等对吸附效果的影响；最后根据上述的实验结果，找到最佳的试验处理方法，以此提升对空气中氨气吸附的效果。

关键词：吸附法；沸石分子筛；氨气；改性；环境检测

中图分类号：TQ 028 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1367-04

Research on Ammonia Treatment Based on Adsorption Method

DONG Li-ying

（Affiliated Middle School of Xianyang Normal University， Shaanxi Xianyang 712000，China）

Abstract： In view of the harm of ammonia in indoor test， a method of indoor ammonia adsorption by modified zeolite molecular sieve was put forward. In order to verify the feasibility of using modified zeolite molecular sieve to adsorb ammonia， based on the principle that ammonia can react with metal chloride to form a complex， 13X zeolite molecular sieve was modified by cupric chloride and nickel chloride to obtain better adsorption effect. And then taking modified 13X zeolite molecular sieve as research object， effect of modified 13X zeolite molecular sieve particle size， impregnation concentration， adsorption pressure on the adsorption effect was analyzed. Finally， according to the experimental results， the optimal treatment way was determined in order to improve the adsorption effect of ammonia.

Key words： Adsorption； Zeolite molecular sieve； Ammonia； Modification； Environmental detection

随着室内日益增长的环境污染，活性炭吸附开始逐步进入到人们的视野。但是，传统的活性炭吸附大部分都是通过物理吸附的方式去除室内的氨气，当活性炭物理活性达到一定的饱和度后，则丧失了吸附能力。同时，对于室内环境来讲，其含有的氨气的浓度通常都比较低，传统的吸附方法对氨气的吸附效果较差，不利于对室内环境的净化。因此，亟需一种能够对室内低浓度氨气进行吸附处理的方法。对此，人们开始对传统的活性炭技术进行改进，如对活性炭进行酸性改性，从而中和空气中的碱性气体氨气。但是，活性炭改性虽然可吸附室内氨气，但是在吸附效果方面还是受到活性炭本身体积的影响。对此，人们提出了一种分子筛的方式。借助分子筛在过滤方面的作用，从而提高吸附量。由此，天然沸石进入到了研究人员的视野。沸石作为一种矿石，由于其量大，所以其成本也相对较低。沸石的主要成分铝硅酸盐，而沸石分子筛是一种结晶的硅铝酸盐水合物，其通用的公式为：Mx/m[（AlO2）x·（SiO2）y]·zH2O。而沸石分子筛与碱性的氨气结合，在分子筛网状结构的表面形成一种络合物，从而大量的吸附了空气中的氨气。对此，结合沸石分子筛在吸附氨气的原理，就影响氨气吸附量的大小进行试验，以此通过最佳配方，更好的吸附空气中的氨气[1-6]。

1 试验部分

1.1 原材料选取

根据实验目的，主要选取表1所示的原材料作为实验材料。

1.2 试验主要流程设计

结合反应原理，将其试验流程设计为如图1所示。

通过图1看出，其具体的流程是将浓度大小为100、150和250 ppm的混合气体冲入到试验装置中，流速则通过调节阀进行控制。将一定量的吸附剂与石英砂混合，全部放入到吸附柱当中。其中吸附柱放在中间位置，而石英砂放置在两侧。出口处的氨气浓度检测则通过专用的氨气检测仪来进行检测，检测时间为每个5 min检测一次。由于试验对氨浓度的要求高，所以认定当出口中氨氣的浓度为2 ppm的时候，则可以认定为穿透，而当浓度达到50 ppm时，此时需要停止对其进行通气。同时，计算达到饱和吸附的量，具体计算公式如下：

（1）

其中，C0表示标准氨气入口浓度；Ct表示在时刻t的出口氨气浓度；Q表示气体流量。

2 改性沸石的制备

结合沸石改性的原理，本实验对沸石分子筛进行了酸性改性和金属氯化物改性。

2.1 PCB重金属废水处理方案设计

选取13X的沸石分子筛作为主要的原材料，选取一系列2 g沸石分别放入容量大小为20 mL，质量分数为3%的硝酸、柠檬酸、磷酸、硼酸、硫酸的稍微中，并在常温下采用搅拌器对其进行搅拌和浸泡12 h。再次之后，对其进行反复离心、冲洗，最后将沸石放入到110 oC的烘箱中进行烘干，从而得到不同酸性物质下的改性沸石。

2.2 氯化物改性沸石制备

同样将一些列2 g的沸石放入到20 mL，质量分数为3%的氯化铜、氯化镍等的溶液烧杯中，同样采用上述方法进行离心、清洗，然后烘干，得到金属氯化物改性后的沸石。

2.3 改性沸石吸附能力试验

取上述的样品进行吸附试验，吸附剂每次用量为0.05 g，按照图1所示的流程，将吸附剂防止在吸附柱中间，上下用石英砂填充。氨气浓度设置为150 ppm，气体流量为100 mL/min。由此，根据上述的设计，可以得到表2所示的结果。

而对金属改性后的沸石进行的吸附试验，则可以得到表3的结果。

由此通过上述的分析可以看出，酸改性后得到的沸石在吸附能力方面普遍不高，并且比未改性沸石的吸附能力还要差，从而说明通过与酸反应，导致其内不结构受到损害，从而降低了其吸附能力；而对于金属氯化物改性的沸石，在吸附能力方面未出现大的提升，但是氯化铜和氯化钴的吸附能力最大，并且超过未改性的沸石，从而说明经氯化铜或氯化钴改性的13X，可能形成了一定的络化物，从而吸附了大量的氨气。

3 吸附量影响因素分析

3.1 颗粒大小对吸附量的影响

选取经氯化铜和氯化钴进行改性后的13X，颗粒大小分别为20～40目和40～60目；用量为0.05 g，混合气体中氨气浓度设定为250 ppm，气体流量为100 mL/min。重复2.3的吸附试验，从而可以得到表4的结果。

通过上述的结果看出，颗粒越小，吸附剂对安全的吸附能力也就越大，其主要的原因在于颗粒越小，其表面积也就越大，从而为氨气的吸附提供了更多的空间。

3.2 不同浸渍液浓度对吸附量的影响

根据上述的吸附结果，将氯化钴改性的沸石吸附剂颗粒大小设定为40～60目，同时将浸渍液浓度设定为2%、3%、3%、6%等几个不同等级的浓度，其他的试验条件不变。由此可以得到如图2所示的结果。

通过分析看出，当压强在0.25 MPa时，其吸附能力最强。

3.3 不同吸附压强对吸附量的影响

设定浸渍液浓度为4%，吸附颗粒大小为40-60目，氨气浓度250 ppm，流量同样为100 mL/min。吸附压强分别设置为0.15、0.20、0.25 MPa。由此根据上述的数据，可以得到如图3所示的结果。

3.4 金属氯化物改性的沸石表征

为进一步验证改性后的金属氯化物的表征，利用X射线粉末衍射仪对制备的金属氯化物改性沸石进行扫描，查看其表征结构，从而得到如图4的结果。

通过上述图可以看出，在改性后的表面，其有波峰有多降低，寿命其结构有一定的变化。