酚醛活性碳纤维对环氧树脂生产废气的吸附处理研究

2020-08-17刘常玉吕德峰吕占美

山东化工 2020年14期

刘常玉，吕德峰，吕占美

(山东莱芜润达新材料有限公司，山东济南 271100)

环氧树脂生产过程中使用环氧氯丙烷做为原料，使用甲苯作为溶剂，在反应阶段和蒸发阶段产生环氧氯丙烷废气，在脱除甲苯阶段产生甲苯真空泵废气[1]。由于生产过程中原料的循环套用，导致产生环氧氯丙烷和甲苯的混合废气，是大气臭氧和二次有机气溶胶污染的重要前体物，属于国家严格限制排放的挥发性有机物，直接排放不仅造成资源的极大浪费，还会严重影响周边环境空气质量，必须对该有机溶剂废气进行处理。

有机废气处理常用方法中吸附法因操作方便、能耗低、去除率高、无二次污染、吸附剂易再生循环使用等特点得到广泛应用。目前，颗粒活性炭(GAC)是研究和应用最多的吸附剂。酚醛基活性炭纤维(PACF)具有微孔丰富、孔径小且分布窄、比表面积大、吸附范围广、吸附容量大、吸脱速度快、使用寿命长等优点。在污水处理，有机溶剂的回收，天然气容器制备、气体净化装置等众多领域具有广泛的应用价值[2-4]。

使用酚醛基活性炭纤维作为吸附材料对环氧树脂生产过程中的混合废气进行处理未见报道。本文使用自制酚醛基活性碳纤维对环氧树脂废气进行试验研究，对下一步的工业化应用提供参考。

1 实验部分

1．1 材料和仪器

酚醛基活性炭纤维(PACF)：自制。PACF的物性参数见表1。环氧氯丙烷、甲苯：工业级。气相色谱仪：浙江福立分析仪器股份有限公司。蠕动泵：河北保定申辰泵业有限公司。流量计：北京七星华创流量计有限公司。

表1 PACF的物性参数

1.2 实验方法

实验装置由配气系统、恒温系统、吸附柱、测试系统组成。实验时，先进行吸附实验：由配气装置配置好的一定浓度的有机气体，送入吸附柱，进行吸附处理．吸附柱为盘管式不锈钢柱，可通水和蒸汽进行吸附和脱附操作。在吸附柱入口的旁通管处测试混合气体的入口浓度，在吸附柱出口处测试出口浓度。根据生产实际经验设定混合气体比例为环氧氯丙烷质量分数占15%(以下简称废气A)和85%(以下简称废气B)两种情形。

在吸附过程中，吸附带开始在吸附柱的出口出现时，单位质量吸附剂中的吸附量称为穿透吸附量，此时的吸附时间为穿透吸附时间。随吸附时间的延长，当单位时间内被纤维表面吸附的分子数与逸出的分子数相等时，吸附达到平衡，吸附质在单位质量吸附剂中的吸附量称为饱和吸附量，此时的吸附时间为饱和吸附时间。

2 结果与讨论

2．1 废气进口浓度对PACF吸附的影响

实验验证混合气体浓度为1000，2000，4000mg/m3，流量0.6L/min时，PACF对混合气体的吸附情况。在图1中，可看到吸附曲线形状受进口浓度的影响，进口浓度越大，传质区越短，因而斜率相应越大，同时所需达到吸附平衡时间越短。图2为废气B的吸附曲线，总体趋势同图1，但相同的吸附时间内出口浓度较低，吸附量较大。

图1 废气A进口浓度对PACF吸附的影响

图2 废气B进口浓度对PACF吸附的影响

2．2 废气流量对PACF吸附混合废气的影响

在废气浓度为1000mg/m3的条件下，废气流量对PACF吸附混合气体的影响见表2。由表2可见：废气流量由0.6L/min增至1.8L/min时，两种废气PACF的穿透时间缩短至原来的11%和15%；穿透吸附量呈现先增加后减少的趋势；当废气流量为1.4L/min时，PACF穿透吸附量均达最大值，分别为337mg/g和394mg/g。

表2 废气流量对PACF吸附混合废气的影响

2．3 循环重复使用对PACF吸附性能的影响

依据溶剂沸点设定脱附温度为150℃、脱附时间为30min的条件下，穿透吸附量随重复使用次数的变化见图3。由图3可见：PACF重复使用时，穿透吸附量呈下降趋势；PACF重复使用4次后基本达吸附稳定值。由于脱附温度和脱附时间的关系，PACF脱附不完全，导致穿透吸附量下降。多次循环使用后，PACF对两种废气的吸附量接近，可能是由于环氧氯丙烷脱附较困难。